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高性能運算數碼轉型 汽車設計電腦模擬取勝

Dallara業務轉型的靈魂人物Andrea Pontremoli,出任集團行政總裁和總經理後為IBM意大利總裁。

企業轉型

超級電腦也用於研發新的材料、計算流體動力學、也可作電腦模擬,產品還未面世之前,就已經完全測試所有性能,從設計圖則直接生產,完全依靠大量的數據完成。

方程式賽車的競爭,極其激烈,不單賽道上爭分奪秒,即使設計賽車也是跟時間競賽;全球設計賽車和超級跑車的Dallara Automobili,就是以高性能電腦,跑贏了全球競爭者。

十多年前,Dallara創辦人就看來了高性能運算(High Performance Computing)在汽車設計的潛力,聘請了一位高性能電腦專家出任領導,結果Dallara維持賽車設計的寶座,還開發了其他業務。

Dallara位於意大利帕爾馬(Parma)市中心之外Varano de’ Melegari市。Dallara不算是家傳戶曉的名字,不過賽車界無人不識,更壟斷了三級方程式賽車的設計。

Dallara 創辦人Giampaolo Dallara是設計超級賽車的傳奇人物。1959年先加入法拉利設計跑車,再加盟瑪莎拉蒂;然後是林寶堅尼,設計出經典跑車Miura,又再設計了350 GT等名車,又加入了位於Modena的De Tomaso,開始參與賽車設計。

1972年,Giampaolo Dallara決定自立門戶創立Dallara,1973年,威廉士車隊就聘請了Dallara設計F1賽車。自此Dallara設計橫掃各項賽事,1978年設計三級方程式Dallara 378車身,壟斷了F3多屆冠車。2018年,全球98%的F3賽車,都屬於Dallara產品。

Dallara得以維持賽車上壟斷地位,主要靠科技上投入;建立了意大利首個移動地台的研究空氣動力學的風洞(Wind tunnel);1985年,Dallara開始以碳纖維,以航空演化的複合物料設計賽車,投資多個研究中心,甚至收購有關業務。

賽車數碼化設計

1998年,Dallara在全球三大賽車Indy 500獲勝。2012年,所有Indy 500賽道上的跑車都屬Dallara產品,成為贏得Indy 500賽事最多的廠商。

Dallara也為多家高性能車廠擔任設計工作,包括全球最快跑車的Bugatti,以至林寶堅尼、法拉利、瑪莎拉蒂、保時捷等跑車。

不過,當設計開始以數碼,Dallara聘請了高性能運算工程師Andrea Pontremoli出任集團行政總裁和總經理。Pontremoli於2004年出任意大利IBM的總裁,2007年獲聘 離開並加入了Dallara。

設計跑車有三個重要元素,首先碳纖維複合材料、其次是風洞和電算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)、最後是車輛動力學(Vehicle dynamics)。

「創新必須犯錯,如果不犯錯就代表因循守舊。可是犯錯須付代價,以高性能電腦就可犯錯,卻減低成本,電腦內重複驗證各種概念。」Pontremoli解釋高性能運算在汽車設計的最大價值。

Dallara用於示範設計的Stradale跑車,完全以高性能運算設計風阻、車身以碳纖維複合材料製作,汽車動力設計也是通過電腦計算;計畫小量生產600部。

模擬設計致勝關鍵

一般而言,Dallara產品設計周期9個月,其中8個月集中在設計,只有1個月用於生產,故此設計和創新能力,對Dallara業務非常重要。

Dallara採用了Lenovo的NeXtScale叢集以60部nx360 M5建立,連接高性能的V3700 V2儲存、以XClarity管理軟件、DataCore軟件定義的SANSymphony、IBM高性能運算而設計的Spectrum Scale parallel檔案系統、Red Hat的Enterprise Linux建立的高性能電腦叢集,大幅縮短CFD和材料設計時間。

賽車設計之分秒必爭,甚至原型還未建立,或以真正汽車路面測試,車種已直接投產。Dallara跟時間競賽,每9個月產品迭代一次,完全依靠高性能運算設計能力。

「電腦模擬和CFD不斷在虛擬世界,測試跑車各種性能。真正投產之前,Dallara已經完全掌握汽車各項性能,直接就從電腦模擬設計投產。」Pontremoli說,電腦模擬的真實程度超過9成,製作實物只為進一步優化。碳纖維複合材料對職業賽車,尤其關鍵,輕盈複合材料生產的底盤,對F1等賽事甚為關鍵。

Dallara位於帕爾馬(Parma)市中心之外Varano de’ Melegari市總部的博物館,展出多年來設計的經典賽車及超級跑車。

材料學致勝關鍵

「對於F1賽車設計而言,影響賽車性能的各項因素;材料佔35%,空氣動力學則佔去一半;其餘15%是引擎設計。」Dallara集中材料和空氣動力學;空氣動力學算法9成以上屬於開源,但先進複合材料設計卻是Dallara的獨家專長,也解釋所以設計的底盤,具有獨有優勢。

「如果由設計團隊選擇,賽車要加一匹馬力,還是減一磅的重量,設計師多寧願選擇後者。」材料學之重要,可說不言而喻。

Dallara從實際風洞測試,以及設計高級材料蒐集的數據,通過人工智能訓練模型,進一步加快車身和材料演化。

Dallara從設計賽車起家,Pontremoli加入Dallara後,憑高性能電腦創新和設計,業務從9成集中賽車設計,下降至不足6成,向超級跑車廠提供諮詢服務,甚至以先進複合材料,向航空業或包裝業務提供更輕便材料,收入9成都是從國外賺取。

Pontremoli表示,Dallara也為Formula E設計戰車,而電池的分佈和設計,各種不同的考慮,也是全部在高性能電腦內完成,毋須構建真實汽車作測試。

高性能運算度身設計

近年,Lenovo在高性能電腦業務異軍突起,全球最快超級電腦Top500之中,其中174部是Lenovo所生產。Lenovo也是Dallara的數據中心方案的供應商。

意大利Lenovo數據中心集團總經理Alessandro de Bartolo說,Dallara對高性能電腦Lenovo各種要求,Lenovo也須協作創新,為高性能運算發展更佳的性能。

「Dallara與Lenovo是協作創新的夥伴,刺激Lenovo在高性能運算上有更多創新。」Lenovo數據中心業務以ODM+營運,按客戶要求度身設計,預先安裝和調校, Hyperscale和高性能電算方面,促使業務高速發展。

Bartolo說,Dallara向全球多家車廠提供服務,客戶之間的數據須嚴格分開,甚至利用不同方法保護;Lenovo提供高性能運算基建之餘,也確保不同客戶數據受到嚴格保護。

「Dallara向全球各大車廠設計,更須遵守嚴格保密協議,甚至通過客戶審核;所以系統必須針對客戶特殊需求,度身設計能力,極其重要。」

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