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：數字汽車與服務部（Digital Car & Service），大眾CEO赫伯特·迪斯表示：“在不遠的將來，汽車將成為一個軟件產品，大眾也將會成為一家軟件驅動公司”。在汽車行業加速向智能化轉型的趨勢下，新的智能功能和服務需求幾乎每個月都需要更新。為了適應行業智能化重塑的大趨勢，提升開發效率，一場深刻的構架變革正在醞釀，智能化、數字化技術正在驅動汽車行業加速邁向智能時代。
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，生產與銷售大眾和斯柯達兩個品牌的產品，是國內最大的汽車合資企業之一。
談起汽車仿真設計，上汽大眾的項目負責人介紹到，你可能想象不到，在沒有高性能計算仿真平臺之前，汽車研發設計的圖紙是按噸稱量的，可以想象那些汽車研發前輩們是付出了多少心血和努力。近年來，隨著數字化技術的逐步引入，汽車研發從造型設計、零部件設計、整車布置到發給供應商開發模具設計工裝夾具的全過程都已經實現了數字化。自2003年起，上汽大眾已經在國內車企率先開展高性能計算集群的建設。
汽車研發中耗時最長、花費最大的過程當屬設計驗證環節，從零部件到子系統再到整車要耗時數月甚至數年。例如，汽車車頭的一個碰撞需要100萬個數據來支持，整車開發完成需要經歷2000次左右的碰撞，由于CAE技術的廣泛應用，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對產品進行最大程度的優化，時間比真車碰撞節省了數千倍，也減少了對于原車模型的消耗。新車平均研發費用從10多億美元降低到3億美元，汽車研發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域的研發投入持續增長。一方面，每年發布的車型改款升級高達數十款，每款車型需要進行大量的仿真測試，比如結構力學、風阻、風噪、熱管理、涉水、疲勞耐久、焊接仿真、沖壓分析、噪音分析等等，提交的上機作業任務排隊時長有時甚至高達上百小時；另一方面，隨著CAE應用的持續深入，仿真模擬的數據量級持續提升，以風噪分析仿真為例，最初的數值模擬已經從百萬網格量級提升到千萬網格量級每次運算的結果高達數百GB甚至TB級別。此外，考慮到研發創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的創新加速器
上汽大眾信息化中心負責人表示，“研發隊伍不斷擴大，每天會有十幾個甚至幾十個技術方案需要在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，才能選出優質的方案開始進行樣車生產。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，產品的創新速度和品質都難以保證。”
為了滿足上汽大眾HPC項目的需求，提速汽車結構仿真、流體力學仿真等業務需求，浪潮為上海大眾設計構建了浪潮TS10000高性能服務器系統，采用浪潮i24高密度服務器作為計算節點，通過Infiniband構建高速網絡進行并行互聯。整套系統提供超過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，同時也對軟件的調優、適配等技術能力提出了極高的要求。為了讓HPC集群在CAE仿真應用中發揮最大系統性能，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合調優，深入分析流體、結構、噪聲等多種仿真計算應用特征，定制設計了高效優化的高性能計算系統，提供了完善的圖形管理調度軟件，豐富了調度策略和應用軟件工作流。
通過T-Eye應用特征分析優化工具，對HPC集群的性能進行系統優化，實時監控集群節點的CPU、內存、IO性能數據，并結合系統仿真應用的運行特征，對硬件平臺和運行軟件環境進行全面優化。通過配置高主頻CPU和高性能內存來分別提高CPU、內存的性能，同時綜合采用MPI優化策略，對MPI進程綁定，消息傳遞機制，以及通信共享內存等方面進行全方位優化。經過優化后，整體平臺的內存通信帶寬提升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境運算效率。
上汽大眾項目負責人表示：“CAE技術已經實現了虛擬推動現實，不只是實現驗證，還能夠通過各種優化方法提升車輛性能，降低產品成本。此次與浪潮合作建設的高性能計算集群，計算性能得到大幅度提高，數據中心機房空間也節省了50%。同時，浪潮HPC方案團隊針對汽車CAE仿真應用，在參數調優、應用優化進行了系統化的支持，極大的推進了上汽大眾CAE的創新進程。”
