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(gè)軟件產(chǎn)品，大眾也將會(huì)成為一家軟件驅(qū)動(dòng)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(gè)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(dòng)汽車行業(yè)加速邁向智能時(shí)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(tuán)與德國大眾汽車集團(tuán)于1984年10月成立的合資公司，生產(chǎn)與銷售大眾和斯柯達(dá)兩個(gè)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(jì)，上汽大眾的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹到，你可能想象不到，在沒有高性能計(jì)算仿真平臺之前，汽車研發(fā)設(shè)計(jì)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(jì)、零部件設(shè)計(jì)、整車布置到發(fā)給供應(yīng)商開發(fā)模具設(shè)計(jì)工裝夾具的全過程都已經(jīng)實(shí)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(jì)算集群的建設(shè)。

汽車研發(fā)中耗時(shí)最長、花費(fèi)最大的過程當(dāng)屬設(shè)計(jì)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，從零部件到子系統(tǒng)再到整車要耗時(shí)數(shù)月甚至數(shù)年。例如，汽車車頭的一個(gè)碰撞需要100萬個(gè)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(jì)算集群的超強(qiáng)算力，通過仿真的方式在短時(shí)間內(nèi)對產(chǎn)品進(jìn)行最大程度的優(yōu)化，時(shí)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(fèi)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(yàn)證成本也大幅度降低。

由于用戶對汽車個(gè)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(jì)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(dá)數(shù)十款，每款車型需要進(jìn)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(jī)作業(yè)任務(wù)排隊(duì)時(shí)長有時(shí)甚至高達(dá)上百小時(shí)；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(yùn)算的結(jié)果高達(dá)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(dá)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(duì)伍不斷擴(kuò)大，每天會(huì)有十幾個(gè)甚至幾十個(gè)技術(shù)方案需要在CAE仿真分析平臺上驗(yàn)證。比如說同一款車型，我們會(huì)有十幾個(gè)方案，需要通過仿真分析平臺驗(yàn)證之后，才能選出優(yōu)質(zhì)的方案開始進(jìn)行樣車生產(chǎn)。同時(shí)為了保證精度，平均每個(gè)方案都需要進(jìn)行5-8次的驗(yàn)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。”

為了滿足上汽大眾HPC項(xiàng)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(jì)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(jì)算節(jié)點(diǎn)，通過Infiniband構(gòu)建高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行并行互聯(lián)。整套系統(tǒng)提供超過6000核的處理核心，計(jì)算能力達(dá)到700萬億次/秒，能夠充分滿足上汽大眾的計(jì)算需求。

高效的CAE仿真不僅需要超高性能的硬件計(jì)算平臺，同時(shí)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(tuán)隊(duì)對高性能集群進(jìn)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(jì)算應(yīng)用特征，定制設(shè)計(jì)了高效優(yōu)化的高性能計(jì)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(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)時(shí)監(jiān)控集群節(jié)點(diǎn)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(yùn)行特征，對硬件平臺和運(yùn)行軟件環(huán)境進(jìn)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(shí)綜合采用MPI優(yōu)化策略，對MPI進(jìn)程綁定，消息傳遞機(jī)制，以及通信共享內(nèi)存等方面進(jìn)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(shí)際仿真計(jì)算性能提高220%，大幅度提升了客戶的仿真環(huán)境運(yùn)算效率。

上汽大眾項(xiàng)目負(fù)責(zé)人表示：“CAE技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了虛擬推動(dòng)現(xiàn)實(shí)，不只是實(shí)現(xiàn)驗(yàn)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(jì)算集群，計(jì)算性能得到大幅度提高，數(shù)據(jù)中心機(jī)房空間也節(jié)省了50%。同時(shí)，浪潮HPC方案團(tuán)隊(duì)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(jìn)行了系統(tǒng)化的支持，極大的推進(jìn)了上汽大眾CAE的創(chuàng)新進(jìn)程。”