现在的人们,早已不满足于拥有一部车,而是想要一部更好的车。什么样的车,才能算得上是更好的车?绝不仅仅是动力强劲这么简单,易于操控、安全可靠、节省燃油,都是必不可少的考虑因素。而这些都与一门叫做流体力学的科学有关。
在汽车研发时,与流体力学相关的空气动力研究和试验至关重要,既要尽量减少空气阻力,又要保证产生足够的空气下压力,从而带来更好的车辆整体性能。正因如此,流体力学的大规模仿真计算,已经成为当今汽车行业的研发重器,用以获得最优的产品设计。在此领域的研发创新,则成为主流汽车制造商的核心竞争力之一。
高性能计算平台的支撑
如今,大型汽车制造商几乎每天都在进行空气动力学的仿真和风洞试验,这在很大程度上得益于计算能力的提升,大大提高了CFD软件的可用性。
CFD即计算流体力学,是流体力学和计算机科学相互融合的一门新兴交叉学科,在汽车行业用来模拟车身在行驶中与空气发生的相互作用力。在汽车研发设计过程中,需要通过CFD对外气动风阻、风燥、水管理、空调和发动机热管理进行模拟和研制,从而发现潜在问题,找到最优的设计方案,避免摸着石头过河。
众所周知,进行仿真计算需要处理大量的实时数据,所以对系统的计算能力、数据吞吐能力都有很高的要求,由此成为高性能计算的一个重要应用场景。在汽车研发的流体力学、碰撞试验等方面,高性能计算都在得到广泛应用。
此外,顺应“硬件开放、软件开源”的大趋势,以OpenFOAM为代表的开源CFD软件,正在得到越来越多的使用。对于汽车厂商而言,如何实现OpenFOAM与高性能计算平台的全面适配,成为研发部门和IT部门都要重点考虑的问题。
上海大众的挑战与机遇
这也同样成为上海大众汽车有限公司当下所面临的挑战。
由上汽集团和德国大众合资建设的上海大众,成立于1984年,是我国最悠久的汽车合资企业之一。目前,上海大众旗下拥有大众和斯柯达两大品牌,仅大众品牌的历史累计销量就已经超过2000万。
支撑这一出众业绩的上海大众研发团队,是一支高效率、高素质、具备国际先进水平的队伍,尤其是能够针对中国用户的需求特点进行创新,形成能充分满足中国用户出行需求、创造最佳客户体验的整车研发能力,并在新能源、智能驾驶和移动在线服务等新兴领域具备技术创新能力。
然而,市场的快速发展,新产品的不断涌现,对高性能计算仿真这一研发重器的要求也不断提升,上海大众原有的HPC系统性能已经无法满足研发效率提升的需求。同时,传统CFD商用软件的许可费用高昂,上海大众希望通过采用OpenFOAM来实现研发效率与投资之间的平衡。
面临这些挑战的上海大众研发部门,急需一个新的高性能计算平台,通过与开源软件系统的配合来支持流体力学仿真,并保证与现有集群系统兼容,以方便扩展。
正在此时,基于ARM架构的鲲鹏服务器进入了上海大众的视线,为其带来了一个实现研发创新的新机遇。
鲲鹏HPC集群的价值体现
鲲鹏服务器,推动了算力多样化时代的到来。其高性价比等优势,能更好地满足HPC的场景需要,赢得了诸多行业头部客户的青睐。
目前,上海大众正在创新性地将仿真数据和车体VR相结合,对计算性能要求更高。针对上海大众研发部门流体力学方法团队的需求,华为设计了x86和鲲鹏服务器混合部署的鲲鹏HPC解决方案。
鲲鹏HPC解决方案通过与传统x86 CPU算力组成混合集群系统,来充分发挥鲲鹏多核、高带宽的性能优势,满足其对现有集群系统兼容和资源弹性扩展的要求,并带来了30%的性价比提升。而其一键式集群部署方案,则易管理易维护,降低了运维难度。
特别重要的是,提供的集群管理平台集成了HPC开源软件、函数库、调度器、MPI通信库等软件。丰富的软件生态,可以帮助上海大众研发团队缩短产品开发周期,研发效率同样提高了30%以上。
此外,华为端到端的行业方案能力、丰富的项目实施和部署经验,可以为上海大众提供最优性价比的方案,降低TCO。
IT与研发部门的通力合作
在该项目实施过程中,在华为的支持下,上海大众的IT部门与研发部门展开了通力合作,实现了联合攻关。
华为负责硬件调试和底层技术支持;IT部门负责操作系统、网络和作业调度平台;研发部门负责开源软件数百个库文件与硬件的适配、内存调用和一二级缓存优化,提升并行计算效率。
经过各方的共同努力,上海大众建成了我国汽车行业的首个ARM HPC规模应用,并在作业调度层面实现了与原有x86集群打通,帮助其研发部门的流体力学方法团队完成了OpenFOAM的自主模块化开发和适配,目前有超过半数模块达到了商业软件的计算精度和稳定性,保证了业务的平滑迁移和快速部署。
鲲鹏HPC集群上线后,上海大众研发团队将其率先应用在新车型中,完成了流体力学验收中的外气动风阻和风噪、水管理、空调、发动机热管理开发工作,展开了基于开源软件的产品数字化研发布局。
面向数字化研发的未来,上海大众认识到可视化展示的发展趋势,将继续适配主流开源视频软件,打造可视化生态展示系统。通过Python编写脚本,可以将传统的CFD云图自动上传到服务器,通过HPC计算将可视化结果自动转换并返回结果,以方便工程师对性能直观评价,优化产品设计。
伴随着行业数字化转型步伐的加快,越来越多传统企业开始把数字技术作为自己的创新驱动力。强大的基础算力保障,为各种新兴技术应用提供了有力的支撑,进而帮助企业实现从研发到生产、从营销到服务、从售前到售后的全业务流程数字化。
在此进程中,以鲲鹏为代表的多样化算力平台,正在受到千行百业的青睐,成为企业数字化转型和国家数字经济发展的坚实底座。
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