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[F1] 科技新知]潛入BMW 令人嘆為觀止的超級電腦

2008.08.12  作者:譯/艾爾頓-王  

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為何F1車隊需要一台每秒可執行12兆2880億條運算的機器?

BMW Sauber有一項秘密武器、就藏在該隊瑞士辛維爾工廠內部深處,它總長十公尺、總重21噸,每秒可執行12兆2880億條運算,這台取名發想自Einstein(愛因斯坦)的「Albert2」是全歐洲速度最快的電腦之一,並且有潛力重新形塑F1車隊投資科技的遠景,歡迎來到超級電腦的新時代。

BMW Sauber並非唯一─大部分主要的F1車隊也都有一台超級電腦、藏在他們的基地深處,Red Bull Technology最近宣布與Platform Computing進行技術聯盟,同時Renault也指定Appro來打造他們的最新武器,但由於電腦容量發展日新月異,因此各種科技很容易就會過時,結果就是要求在各個領域都高人一籌,F1業界開始流行「我的電腦所畫的圖形比你的更棒」症候群、更甚於在賽場上的較量。

電腦的力量

當BMW於一年前披露Albert2時,它的速度比其前身快了五倍,它使用了512片Intel Xeon 5160處理器來打造、容量2048G(接近12台頂級款iPod的總和),記憶體還要更大,它最令人印象深刻的是它的總和能力:每秒執行運算條數達12兆2880億(浮點運算效能12288GFlpos),這個數目等同於德國慕尼黑全體市民(130萬人)整年之中每3.5秒完成一次兩個八位數字的增殖。

Dalco負責提供Albert2的硬體設備,軟體則由美國公司Fluent的IT人員與BMW自己的工程師每日進行更新。
Intel則在高密度的機架(由American Power Conversion製造)中取得電源供應、冷卻散熱以及監控管理,整組十台機架全長超過九公尺。

往日的超級電腦─看起來不太符合空氣力學。

空力的研發

過去30多年來,隨著空氣力學在F1的造型表現中扮演了日益重大的角色,風洞設備的用途也增加了,有鑒於小型木製模型只能使用在窄小的風洞空間,如今有些F1車隊已經擁有兩座全尺寸風洞─有的有滾動鋼帶─並且每週七天24小時運作、以修整他們的賽車造型;但拜電腦容量在科技上的進步所賜,如今已經可以進行車身氣流反應上更多的細部模擬,而在這個領域的速度競爭之下,所有狀況都可以在幾分之一秒內得出關鍵性的評判、成為重要的知識來源。

CFD的角色

然而,為何F1車隊還需要更大能力的電腦?答案就是因為CFD(計算流體力學),比起風洞設施,Albert2還可以把溫度或是溼度這些變數加入空力效果的計算,這種優勢是在風洞裡所無法模擬的,同樣地,在彎道中承受巨大的橫向負荷時,會導致輪胎變形,而這對於車身其他部分會有怎樣的影響?也只有藉由CFD軟體才能夠複製這種狀況,這對於Albert2來說都是小事一樁,它可以塑造出一億種資訊變數的彼此交互作用。

的確,CFD的工作已經成為車隊的重要領域之一,Renault在英國牛津郡的恩斯頓耗資25000萬英鎊所建造的全新CFD中心已於今年六月底完工,而它的助益甚至不限於F1,因為電腦模擬科技可以反向應用於公路汽車工業,頂尖IT公司Appro已獲得合約提供38TF Appro Xtreme-X2超級電腦給Renault,它的浮點運算峰值效能為70GFlops,高效能本機記憶體容量達4.4萬G(若以iPod來計算,則約為110萬首歌以及5500小時的影片)。

風洞 vs CFD

BMW Sauber將計畫投資於Albert2、而非第二座風洞(Williams、Honda以及Toyota則相反),此乃來自於辛維爾空力主管Willem Toet的遠見,他與領隊Mario Theissen關係緊密,就是後者開啟了他的電腦工程師生涯。
但是CFD電腦會讓風洞寫下休止符嗎?不見得,CFD並不是單線進行的一條道路,Albert2是一項關鍵資產,它與風洞數據以及F1.08賽車在跑道上的性能表現共同形成一個金三角。

在車隊關於空氣力學發展的補強方面,CFD(計算流體力學)的功用很大。

「你永遠都必須補足模擬和實測工作的結果,」Mario Theissen說:「即便電腦的功力變得比現在更強大,永遠都還是會有在風洞裡比較容易做的事情,最佳的方式就是將兩者結合。」
 

空力人員Toet亦同意CFD與風洞工作並不牴觸、而是補強:「CFD主要的優勢是模擬氣流的能力,它可以讓我們明白不同套件之間優劣的原因,所以這是模擬與實測空力之間的交互比對。」
 

在研發階段、比如說一組新的鼻翼,當他們把60%比例的模型成品送進風洞測試之前,都會先使用CFD來計算。
 

超級電腦的工作量非常驚人,但也不表示Albert2永遠不會過時。
 

可調式前鼻翼片─2009年的F1賽車將會有一項新配備,那就是可調式的前鼻翼片,透過這種襟翼的角度調整(6°),車手在彎道中面對前車的亂流時,可以擁有較多的下壓力。

 

Williams邁向混合動力─Williams投資了Automotive Hybrid Power的股份─這家公司正在研發F1明年新導入的動能回收系統(KERS)中的飛輪套件。

 

海鷗飛處─Honda於西班牙站收穫了他們在2008年的首個積分,部分歸功於該隊首度投入實戰的「海鷗型」輔助翼,領隊Ross Brawn說:「它們具有下壓力和空力效率的助益。」

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