Infiniti Red Bull Racing s’est lancée en Formule 1 en 2004. Par rapport aux grandes écuries historiques allemandes ou italiennes, cela fait d’elle une sorte de “rookie“. Pourtant, l’ex- Team Lotus s’est rapidement imposé comme un compétiteur avec lequel il fallait compter. Ces trois dernières années, l’équipe a en effet glané trois titres de champions du monde des constructeurs et des conducteurs. Au nez et à la barbe des vétérans !

Bien que ce soit au volant que les courses se gagnent – les pilotes vous le confirmeront – construire une Formule 1 compétitive au point de remporter un Grand Prix demande des efforts continus de la part des ingénieurs, et le soutien de tous les partenaires impliqués. Des efforts en l’occurrence assez particuliers…

Toujours plus avec toujours moins

“Nous devons faire face au défi qui consiste à développer le plus possible d’améliorations à la conception, tout en disposant de moins en moins de moyens pour le faire“. témoigne Al Peasland, Directeur des partenariats techniques d’IRBR.  Il ne s’agit pas là d’un problème de ressources : “En F1, les règlements deviennent chaque année plus restrictifs. Les régulateurs du championnat imposent par exemple des limites aux temps de test sur piste et en soufflerie. C’est une des principales raisons pour lesquelles nous utilisons systématiquement l’analyse virtuelle et la simulation, notamment dans le domaine de la CFD.”

Ce qu’Al Peasland ne précise pas c’est que, même dans ce domaine, le règlement est contraignant. Jusqu’à la fin du championnat 2013, les équipes n’ont droit qu’à 40 Tflops d’usage en moyenne sur la saison – le contrôle s’effectuant à partir du reporting des écuries. Suite à une demande commune de la plupart des constructeurs, la limite sera portée à 80 Tflops pour le championnat 2014, ce qui signifie que l’infrastructure HPC dont dispose chaque équipe atteint des puissances crêtes assez nettement supérieures.

Au 100ème de seconde

Quoi qu’il en soit, grâce à la CFD, Infiniti Red Bull Racing peut tester chaque innovation de design en soufflerie virtuelle, et ainsi mesurer son impact sur l’aérodynamique globale de la voiture dès les premiers cycles de  conception. Ce qui est vrai dans un contexte de compétitivité de marché l’est bien plus encore dans celui de la F1, paroxysme de compétition, où chaque centième de seconde gagné fait la différence au finish. La numérisation des processus apporte plus de précision en conception, permet de tester une variété bien plus large d’idées sans entraîner de coûts supplémentaires, et cela dans des temps qui n’ont rien à voir avec ceux qu’imposent les méthodes traditionnelles.

Pour tirer le maximum de ses applications de design et d’analyse, IRBR utilise aujourd’hui un cluster HPC doté d’un système de fichiers parallèles GPFS IBM. Pourquoi ce choix par rapport à une architecture classique ? Pour diminuer les temps de réponse des codes tournant sur les multiples nœuds du cluster.

Dès que l’utilisation de la simulation s’est généralisée dans l’équipe, les volumes de données générées par les calculateurs – donc les temps d’accès – ont eu tendance à s’envoler. D’où, logiquement, une augmentation progressive des délais d’obtention des simulations et de leur analyse. Le cluster par lui-même était très largement capable de supporter une utilisation intensive. La question était plutôt : comment améliorer le flux de production du système pour que l’information soit disponible plus rapidement ?

Les essais en soufflerie réelle sont à la fois coûteux, laborieux et chronophages. Ils sont l’exemple-type des bénéfices de la simulation en termes de coût et d’efficacité.

Les responsables techniques de l’écurie ont toujours considéré l’optimisation des charges de calcul comme essentielle. Ils ont donc cherché un moyen plus efficace d’utiliser la puissance disponible en se focalisant sur l’optimisation de la planification et de l’allocation des ressources. Après avoir envisagé l’adoption d’une solution open source, l’équipe s’est tournée vers une solution commerciale, en l’occurrence IBM Platform Computing.

Grand Prix après Grand Prix, IRBR l’utilise pour gérer finement la charge de travail des applications HPC dans leur environnement matériel. Avec pour objectif de veiller à ce que les bonnes ressources soient automatiquement allouées aux codes qui les nécessitent, et pour contrainte de ne pas dépasser le quota de puissance autorisé.

Bénéfices concrets

Nathan Sykes, Team Leader du CFD and FEA Tools Group précise qu’avant la mise en place de ces outils, “toutes les charges de travail étaient programmées manuellement. Nous devions donc attendre qu’un processeur ait terminé son job pour passer au suivant. Cette approche manquait d’efficacité, et s’avérait très consommatrice de ressources. Aujourd’hui, nos temps de simulation sont réduits de 20 à 30 %. Ces gains très significatifs découlent de la possibilité de concevoir automatiquement des workflows complexes et interdépendants, et de programmer certaines tâches individuellement. Cette flexibilité nous permet de réaliser de plus en plus d’analyses, de plus en plus rapidement. A l’heure où je vous parle, nous sommes capable de redessiner, de modéliser et de construire une nouvelle voiture en à peu près moitié moins de temps.”

La solution permet donc à l’équipe de contrôler le flux des processus de bout en bout, jusqu’à leur exécution par le cluster HPC. Elle est utilisée en parallèle avec IBM Platform Application Center, qui autorise la soumission des charges de travail via le Web. L’ensemble constitue un modèle de workflow global qui assure une cohérence technique d’ensemble aux simulations lancées par les designers techniques et les ingénieurs. Bénéfice accessoire, les licences applicatives sont également gérées par le système, qui garantit ainsi une utilisation optimale de ces ressources généralement très coûteuses.

Plus vite encore avec les analyses en temps réel

Compte tenu des premiers retours sur investissement, Infiniti Red Bull Racing a récemment décidé d’aller plus loin en déployant une plateforme d’analyse et de visualisation de données à haute performance.  Objectif : valoriser son trésor de données d’analyse en identifiant de nouvelles pistes d’améliorations techniques. Pour maintenir la cohérence technique évoquée précédemment, l’équipe a choisi un produit du même fournisseur, à savoir IBM Platform Analytics.

Car la conception numérique en amont n’est qu’un aspect du travail des designers techniques. Ce qui se passe sur le circuit est tout aussi déterminant pour la victoire, d’où l’importance des prises de décision en temps réel. Choix des pneumatiques, stratégies de gestion des ressources moteurs, IRBR doit pouvoir analyser toutes les données issues des capteurs placés dans la voiture pour transmettre aux mécaniciens et aux pilotes les recommandations les plus efficaces.

“La rapidité et le volume de nos analyses sont en augmentation constante” explique Christian Horner, Team Principal, “ce qui impacte très positivement la performance de nos voitures. Là où certaines simulations nécessitaient des heures, jusqu’à parfois plusieurs jours, l’ensemble du processus ne prend plus aujourd’hui que quelques minutes. Nous sommes donc capables d’utiliser les résultats directement en course, ce qui nous permet d’ajuster en permanence un nombre toujours plus élevé de paramètres, c’est-à-dire d’être réellement plus efficaces, week-end après week-end…”