不久前，全球最大的汽車制造商之一大眾宣布，組建自己的軟件部門：數(shù)字汽車與服務(wù)部（Digital Car & Service），大眾CEO赫伯特·迪斯表示：“在不遠(yuǎn)的將來，汽車將成為一個軟件產(chǎn)品，大眾也將會成為一家軟件驅(qū)動公司”。在汽車行業(yè)加速向智能化轉(zhuǎn)型的趨勢下，新的智能功能和服務(wù)需求幾乎每個月都需要更新。為了適應(yīng)行業(yè)智能化重塑的大趨勢，提升開發(fā)效率，一場深刻的構(gòu)架變革正在醞釀，智能化、數(shù)字化技術(shù)正在驅(qū)動汽車行業(yè)加速邁向智能時代。
汽車巨頭的“智造”之路
上汽大眾汽車有限公司為上汽集團與德國大眾汽車集團于1984年10月成立的合資公司，生產(chǎn)與銷售大眾和斯柯達兩個品牌的產(chǎn)品，是國內(nèi)最大的汽車合資企業(yè)之一。
談起汽車仿真設(shè)計，上汽大眾的項目負(fù)責(zé)人介紹到，你可能想象不到，在沒有高性能計算仿真平臺之前，汽車研發(fā)設(shè)計的圖紙是按噸稱量的，可以想象那些汽車研發(fā)前輩們是付出了多少心血和努力。近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的逐步引入，汽車研發(fā)從造型設(shè)計、零部件設(shè)計、整車布置到發(fā)給供應(yīng)商開發(fā)模具設(shè)計工裝夾具的全過程都已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化。自2003年起，上汽大眾已經(jīng)在國內(nèi)車企率先開展高性能計算集群的建設(shè)。
汽車研發(fā)中耗時最長、花費最大的過程當(dāng)屬設(shè)計驗證環(huán)節(jié)，從零部件到子系統(tǒng)再到整車要耗時數(shù)月甚至數(shù)年。例如，汽車車頭的一個碰撞需要100萬個數(shù)據(jù)來支持，整車開發(fā)完成需要經(jīng)歷2000次左右的碰撞，由于CAE技術(shù)的廣泛應(yīng)用，借助高性能計算集群的超強算力，通過仿真的方式在短時間內(nèi)對產(chǎn)品進行最大程度的優(yōu)化，時間比真車碰撞節(jié)省了數(shù)千倍，也減少了對于原車模型的消耗。新車平均研發(fā)費用從10多億美元降低到3億美元，汽車研發(fā)迭代的速度顯著提升，驗證成本也大幅度降低。
由于用戶對汽車個性化、無人駕駛、新能源等方向的需求日益旺盛，上汽大眾對于高性能計算領(lǐng)域的研發(fā)投入持續(xù)增長。一方面，每年發(fā)布的車型改款升級高達數(shù)十款，每款車型需要進行大量的仿真測試，比如結(jié)構(gòu)力學(xué)、風(fēng)阻、風(fēng)噪、熱管理、涉水、疲勞耐久、焊接仿真、沖壓分析、噪音分析等等，提交的上機作業(yè)任務(wù)排隊時長有時甚至高達上百小時；另一方面，隨著CAE應(yīng)用的持續(xù)深入，仿真模擬的數(shù)據(jù)量級持續(xù)提升，以風(fēng)噪分析仿真為例，最初的數(shù)值模擬已經(jīng)從百萬網(wǎng)格量級提升到千萬網(wǎng)格量級每次運算的結(jié)果高達數(shù)百GB甚至TB級別。此外，考慮到研發(fā)創(chuàng)新的各種不確定因素，使得資源的訴求彈性高達50%。
高性能算力提升220%，CAE的創(chuàng)新加速器
上汽大眾信息化中心負(fù)責(zé)人表示，“研發(fā)隊伍不斷擴大，每天會有十幾個甚至幾十個技術(shù)方案需要在CAE仿真分析平臺上驗證。比如說同一款車型，我們會有十幾個方案，需要通過仿真分析平臺驗證之后，才能選出優(yōu)質(zhì)的方案開始進行樣車生產(chǎn)。同時為了保證精度，平均每個方案都需要進行5-8次的驗證。如果我們沒有足夠的算力支撐，產(chǎn)品的創(chuàng)新速度和品質(zhì)都難以保證?！?/span>
為了滿足上汽大眾HPC項目的需求，提速汽車結(jié)構(gòu)仿真、流體力學(xué)仿真等業(yè)務(wù)需求，浪潮為上海大眾設(shè)計構(gòu)建了浪潮TS10000高性能服務(wù)器系統(tǒng)，采用浪潮i24高密度服務(wù)器作為計算節(jié)點，通過Infiniband構(gòu)建高速網(wǎng)絡(luò)進行并行互聯(lián)。整套系統(tǒng)提供超過6000核的處理核心，計算能力達到700萬億次/秒，能夠充分滿足上汽大眾的計算需求。
高效的CAE仿真不僅需要超高性能的硬件計算平臺，同時也對軟件的調(diào)優(yōu)、適配等技術(shù)能力提出了極高的要求。為了讓HPC集群在CAE仿真應(yīng)用中發(fā)揮最大系統(tǒng)性能，除了配置高性能硬件外，浪潮HPC專家與上汽大眾專家團隊對高性能集群進行聯(lián)合調(diào)優(yōu)，深入分析流體、結(jié)構(gòu)、噪聲等多種仿真計算應(yīng)用特征，定制設(shè)計了高效優(yōu)化的高性能計算系統(tǒng)，提供了完善的圖形管理調(diào)度軟件，豐富了調(diào)度策略和應(yīng)用軟件工作流。
通過T-Eye應(yīng)用特征分析優(yōu)化工具，對HPC集群的性能進行系統(tǒng)優(yōu)化，實時監(jiān)控集群節(jié)點的CPU、內(nèi)存、IO性能數(shù)據(jù)，并結(jié)合系統(tǒng)仿真應(yīng)用的運行特征，對硬件平臺和運行軟件環(huán)境進行全面優(yōu)化。通過配置高主頻CPU和高性能內(nèi)存來分別提高CPU、內(nèi)存的性能，同時綜合采用MPI優(yōu)化策略，對MPI進程綁定，消息傳遞機制，以及通信共享內(nèi)存等方面進行全方位優(yōu)化。經(jīng)過優(yōu)化后，整體平臺的內(nèi)存通信帶寬提升2倍，實際仿真計算性能提高220%，大幅度提升了客戶的仿真環(huán)境運算效率。
上汽大眾項目負(fù)責(zé)人表示：“CAE技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了虛擬推動現(xiàn)實，不只是實現(xiàn)驗證，還能夠通過各種優(yōu)化方法提升車輛性能，降低產(chǎn)品成本。此次與浪潮合作建設(shè)的高性能計算集群，計算性能得到大幅度提高，數(shù)據(jù)中心機房空間也節(jié)省了50%。同時，浪潮HPC方案團隊針對汽車CAE仿真應(yīng)用，在參數(shù)調(diào)優(yōu)、應(yīng)用優(yōu)化進行了系統(tǒng)化的支持，極大的推進了上汽大眾CAE的創(chuàng)新進程?！?
