[F1] 科技新知]潜入BMW 令人叹为观止的超级电脑

为何F1车队需要一台每秒可执行12兆2880亿条运算的机器?

BMW Sauber有一项秘密武器、就藏在该队瑞士辛维尔工厂内部深处,它总长十公尺、总重21吨,每秒可执行12兆2880亿条运算,这台取名发想自Einstein(爱因斯坦)的「Albert2」是全欧洲速度最快的电脑之一,并且有潜力重新形塑F1车队投资科技的远景,欢迎来到超级电脑的新时代。

BMW Sauber并非唯一─大部分主要的F1车队也都有一台超级电脑、藏在他们的基地深处,Red Bull Technology最近宣布与Platform Computing进行技术联盟,同时Renault也指定Appro来打造他们的最新武器,但由于电脑容量发展日新月异,因此各种科技很容易就会过时,结果就是要求在各个领域都高人一筹,F1业界开始流行「我的电脑所画的图形比你的更棒」症候群、更甚于在赛场上的较量。

电脑的力量

当BMW于一年前披露Albert2时,它的速度比其前身快了五倍,它使用了512片Intel Xeon 5160处理器来打造、容量2048G(接近12台顶级款iPod的总和),记忆体还要更大,它最令人印象深刻的是它的总和能力:每秒执行运算条数达12兆2880亿(浮点运算效能12288GFlpos),这个数目等同于德国慕尼黑全体市民(130万人)整年之中每3.5秒完成一次两个八位数字的增殖。

Dalco负责提供Albert2的硬体设备,软体则由美国公司Fluent的IT人员与BMW自己的工程师每日进行更新。
Intel则在高密度的机架(由American Power Conversion製造)中取得电源供应、冷却散热以及监控管理,整组十台机架全长超过九公尺。

[F1] 科技新知]潜入BMW 令人叹为观止的超级电脑往日的超级电脑─看起来不太符合空气力学。

空力的研发

过去30多年来,随着空气力学在F1的造型表现中扮演了日益重大的角色,风洞设备的用途也增加了,有鑒于小型木製模型只能使用在窄小的风洞空间,如今有些F1车队已经拥有两座全尺寸风洞─有的有滚动钢带─并且每週七天24小时运作、以修整他们的赛车造型;但拜电脑容量在科技上的进步所赐,如今已经可以进行车身气流反应上更多的细部模拟,而在这个领域的速度竞争之下,所有状况都可以在几分之一秒内得出关键性的评判、成为重要的知识来源。

CFD的角色

然而,为何F1车队还需要更大能力的电脑?答案就是因为CFD(计算流体力学),比起风洞设施,Albert2还可以把温度或是溼度这些变数加入空力效果的计算,这种优势是在风洞里所无法模拟的,同样地,在弯道中承受巨大的横向负荷时,会导致轮胎变形,而这对于车身其他部分会有怎样的影响?也只有藉由CFD软体才能够複製这种状况,这对于Albert2来说都是小事一桩,它可以塑造出一亿种资讯变数的彼此交互作用。

的确,CFD的工作已经成为车队的重要领域之一,Renault在英国牛津郡的恩斯顿耗资25000万英镑所建造的全新CFD中心已于今年六月底完工,而它的助益甚至不限于F1,因为电脑模拟科技可以反向应用于公路汽车工业,顶尖IT公司Appro已获得合约提供38TF Appro Xtreme-X2超级电脑给Renault,它的浮点运算峰值效能为70GFlops,高效能本机记忆体容量达4.4万G(若以iPod来计算,则约为110万首歌以及5500小时的影片)。

风洞 vs CFD

BMW Sauber将计画投资于Albert2、而非第二座风洞(Williams、Honda以及Toyota则相反),此乃来自于辛维尔空力主管Willem Toet的远见,他与领队Mario Theissen关係紧密,就是后者开启了他的电脑工程师生涯。
但是CFD电脑会让风洞写下休止符吗?不见得,CFD并不是单线进行的一条道路,Albert2是一项关键资产,它与风洞数据以及F1.08赛车在跑道上的性能表现共同形成一个金三角。

[F1] 科技新知]潜入BMW 令人叹为观止的超级电脑在车队关于空气力学发展的补强方面,CFD(计算流体力学)的功用很大。

「你永远都必须补足模拟和实测工作的结果,」Mario Theissen说:「即便电脑的功力变得比现在更强大,永远都还是会有在风洞里比较容易做的事情,最佳的方式就是将两者结合。」
 

空力人员Toet亦同意CFD与风洞工作并不牴触、而是补强:「CFD主要的优势是模拟气流的能力,它可以让我们明白不同套件之间优劣的原因,所以这是模拟与实测空力之间的交互比对。」
 

在研发阶段、比如说一组新的鼻翼,当他们把60%比例的模型成品送进风洞测试之前,都会先使用CFD来计算。
 

超级电脑的工作量非常惊人,但也不表示Albert2永远不会过时。
 

[F1] 科技新知]潜入BMW 令人叹为观止的超级电脑可调式前鼻翼片─2009年的F1赛车将会有一项新配备,那就是可调式的前鼻翼片,透过这种襟翼的角度调整(6°),车手在弯道中面对前车的乱流时,可以拥有较多的下压力。

 [F1] 科技新知]潜入BMW 令人叹为观止的超级电脑Williams迈向混合动力─Williams投资了Automotive Hybrid Power的股份─这家公司正在研发F1明年新导入的动能回收系统(KERS)中的飞轮套件。

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海鸥飞处─Honda于西班牙站收穫了他们在2008年的首个积分,部分归功于该队首度投入实战的「海鸥型」辅助翼,领队Ross Brawn说:「它们具有下压力和空力效率的助益。」