Formule-1-team Toyota breidt cluster uit

De Power4 kwam als beste uit de bus, maar was te duur. Uiteindelijk is gekozen voor een Itanium-2-cluster van HP. Hiermee kan een auto in 12 uur doorberekend worden.

"De Formule-1-wereld is een dynamische omgeving, waar dan ook veel it wordt gebruikt", zegt directeur John Howett van de divisie Toyota Motorsport (TMG). Die tak is in de jaren zeventig begonnen met rallyraces (middels sponsoring van Andersson Motorsport) en via GT One en Le Mans opgeklommen naar Formule 1. Dat topniveau is het enige racen waar Toyota Motorsport zich nu nog mee bezighoudt.
Die eindbestemming is reeds vastgelegd toen het bedrijf zich in 1993 serieus ging richten op racen, en Andersson overnam. De in 1998 en 1999 met GT One opgedane ervaring diende puur voor de doorstoot naar Formule 1. Het project daarvoor is in 1999 gestart en leidde in 2002 tot het eerste F1-seizoen voor Toyota. Ook daar zijn diverse prijzen binnengesleept.

Ontwikkeltijd

Het Formule-1-team bestaat uit ongeveer honderd mensen uit eenendertig landen. Waldemar Klemm, verantwoordelijk voor het cluster, vertelt dat de ict-afdeling uit zesentwintig mensen bestaat, inclusief hijzelf en zijn directe baas Thomas Schiller. Die it-directeur bij TMG legt dat uit dat het Itanium-2-cluster een hoger prestatieniveau tegen lagere kosten biedt.
"We zijn begonnen met tachtig nodes en hebben daar dit jaar nog eens tachtig stuks aan toegevoegd. We kunnen nu een aerodynamische simulatie draaien in één nacht." De ontwikkeltijd voor racewagens en onderdelen daarvan moet namelijk alsmaar korter zijn. Enerzijds is dat vanwege het streven naar betere race-prestaties, anderzijds vanwege een toenemend aantal races.
Afgelopen jaar heeft het Formule-1-team van Toyota achttien wedstrijden gereden. Komend jaar zijn dat er negentien. Twee auto's rijden de daadwerkelijke races. Daarnaast zijn er nu negen testwagens. Voor komend jaar heeft TMG een nieuw model ontwikkeld, dat nu nog geheim gehouden wordt. De ontwikkeling van Toyota's eerste speciaal ontworpen racewagen, voor de GT One, nam zeven maanden in beslag.
"Normaal doorloop je daarbij de cyclus van ontwerp naar productie en dan terugkoppeling middels testrijden en de echte races", legt Klemm uit. Zo'n simpele cyclus kan echter nogal kostbaar zijn. "Als je slechte resultaten krijgt uit de testraces, moet je dingen overdoen. Dat kost tijd en geld. Dus maak je een model en test je dat in een windtunnel."

Wiskundige formules

"Een windtunnel is ook duur, dus gebruik je een technische berekening: een simulatie. De vraag is dan of je genoeg kunt vertrouwen op die virtuele wereld." Klemm omschrijft de relatie tussen berekening, windtunnel en testrijden met serieuze wiskundige formules. "Het liefst heb je dat de drie waarden daarvan zo gelijk mogelijk zijn aan elkaar. Het moet een gesloten cirkel zijn. Als je dat niet hebt, gooi dan de berekeningen maar weg en doe het op de oude, verspillende manier, want dat is dan nog altijd goedkoper."
De terugkoppeling van de echte wereld naar de virtuele is van groot belang. "De berekening heeft geen nut zónder", zegt Klemm kortaf. "Het heeft ons zeker tweeënhalf jaar gekost om de terugkoppeling goed te krijgen. Het enige wat je echt zekerheid aan kennis oplevert, is namelijk het echte testrijden. Zelfs een windtunnel is niet echt betrouwbaar."
TMG is in het eerste kwartaal van 2003 een rekencluster gaan evalueren. "Het doel was een racewagen in één nacht, dus twaalf uur, te kunnen doorrekenen." De grens voor de berekening lag voor TMG op 20 miljoen cellen waarin de gesimuleerde - halve - auto was opgedeeld. Een eerste test met een hpc-cluster (high performance computing) begin vorig jaar ging uit van 1,5 miljoen cellen en duurde vijfenveertig uur.

Power4 was beste

"We hebben toen systemen vergeleken van IBM, Dell en HP. Elk met een Myrinet- en een Ethernet-interconnect. De Power4 van IBM was de beste, maar erg duur, te duur voor ons." Uiteindelijk is het een Itanium-2-cluster van HP geworden met Linux-variant Red Hat. "Aanvankelijk was de ondersteuning voor Linux van onze rekenapplicatie Starcd nog onduidelijk", legt Klemm uit.
Het doel van een auto in twaalf uur doorrekenen, is behaald. Hoewel, niet helemaal. "Eigenlijk berekenen we maar een halve wagen, ervan uitgaand dat de auto symmetrisch is. Dat is tegenwoordig ook niet meer het geval; er zijn kleine verschillen tussen de linker- en de rechterkant." Toyota's Motorsport-tak heeft dan ook plannen om het cluster te blijven uitbreiden: in 2005 moet het aantal servers op vierhonderdvierentwintig uitkomen. "Dan kunnen we ook water- en oliestromingen meenemen in de simulatie."
"De helft van de komende maand toegevoegde rekenkracht gebruiken we om het aantal cellen omhoog te krijgen." Toyota houdt geheim uit hoeveel cellen zijn F1-simulatie nu bestaat. "Twintig miljoen plus", lacht Klemm. "Vijfendertig procent van de extra kracht gebruiken we om meer berekeningen per dag te doen en vijftien procent dient voor optimalisatie." Laatstgenoemde slaat onder meer op een hogere dichtheid aan cellen bij de randen van onderdelen van de wagen. "Daar gebeurt namelijk meer, qua luchtweerstand."
Klemm relativeert het cluster met de opmerking dat hpc eigenlijk een hype is. "Maar we moeten terugkoppeling hebben. De meeste middelen worden namelijk verspild bij testrijden. Dus hoe meer we kunnen verplaatsen naar de virtuele wereld van de simulatie, hoe beter. "Het probleem daarbij is dat de simulatie van zwaar, wetenschappelijk kaliber is. "Je hebt het over Computational Fluid Dynamics, het voorspellen van het gedrag van alles rond - en liefst ook in - de auto. In ons geval dus luchtstromen." < BR>