Linux và xe đua Công thức 1

Linux và xe đua Công thức 1 (Formula One car)

Xe đua Công thức 1 không chỉ là một nhãn hiệu xe nổi tiếng, nó là khoa học chính xác, sử dụng công nghệ tới một phần của giây. Linux đóng một vai trò then chốt giúp các đội xe đua thực hiện điều đó.

Posted Richard Hillesley at 12:30PM, 28th April 2008

(nhấn vào tên bài để đên bản gốc)

Lược dịch: ZXC232

Yêu cầu của môn đua xe thể thao là những người tham dự phải hiểu rất rõ các công nghệ hỗ trợ cho họ. Xe đua Công thức 1 có lẽ chỉ đứng hàng thứ hai sau ngành công nghiệp hàng không – vũ trụ trong việc ứng dụng mô phỏng khí động lực và công nghệ ống khí động học. Do sự phát triển nhanh chóng của Linux trong các hệ siêu máy tính nên phần lớn các đội xe đua Công thức 1 đã và đang dùng Linux để tính toán khí động lực và động cơ xe trong nhiều năm nay.

“Xe đua Công thức 1 là một sản phẩm tuyệt vời của đổi mới và công nghệ,” Jonathan Neale, giám đốc điều hành của đội đua McLaren nói. “Chúng tôi cạnh tranh giành vị trí số 1 trong một môi trường mà khoảng cách giữa xe thứ nhất và thứ mười chỉ khoảng 0,6 giây. Do đó chúng tôi liên tục tìm kiếm từng phần giây để nâng cao tốc độ. Trong mùa đua, trung bình cứ 20 phút xe lại được sửa đổi một lần và để có thể làm như vậy, việc mô phỏng trên máy tính là điều sống còn để đánh giá hiệu quả thay đổi.” Trong xưởng máy, McLaren dùng các chương trình tính toán thủy khí động lực (computational fluid dynamics – CFD) chạy trên Linux trong các siêu máy tính Altix CGI để mô phỏng và dự đoán hành vi của xe.

Việc đua xe hơi không phải luôn luôn như vậy. Đã có thời tài năng của người lái quyết định hết thảy.

Thời đại đã thay đổi. Đua xe hơi trong thế kỷ 21 là một môn thể thao đồng đội, chênh lệch tốc độ giữa người trước và người sau chỉ tính bằng phần trăm của giây. Càng ngày xe càng nhanh hơn, khoảng cách kỷ lục giảm xuống, người lái và xe đạt tới những giới hạn mới về sức chịu đựng và tốc độ bất chấp những quy định ngày càng ngặt nghèo để đảm bảo an toàn và tăng tính tranh đua. Mỗi quy định mới là một thách thức đối với những nhà thiết kế xe, phải chỉnh lại các tỷ lệ cân bằng sống còn về trọng lượng, vật liệu, công suất, lực ép, lực kéo.

Thắng cuộc đua ngay trong nhà máy

Người lái vẫn cần đến lòng dũng cảm, đôi mắt tinh tường, tố chất siêu nhân và khả năng lượng định tới một phần giây. Nhưng để tìm được những phần giây hiếm hoi đó, thiết kế xe quyết định hết thảy. Một người lái giỏi không chỉ có tốc độ và lòng dũng cảm mà còn phải nhạy cảm với những thay đổi nhỏ của tốc độ xe, giúp các kỹ sư và thợ máy chỉnh một milimet chỗ này, một xăngtimet chỗ kia, tạo nên sự khác nhau giữa thành công và thất bại trong môn thể thao không khoan nhượng nhất này. Công nghệ và khoa học áp dụng vào chế tạo xe đua gần với chế tạo máy bay phản lực hơn bất kỳ môn thể thao nào khác. Linux chạy trên các máy tính cao tốc là một bộ phận then chốt đối với các đội xe đua.

Đội đua Renault bắt đầu thực nghiệm với các cụm máy chủ Linux (cluster) từ năm 1998 và dùng hệ thống máy chủ Linux của IBM chạy các cơ sở dữ liệu quan trọng và các ứng dụng đo lường từ năm 2001. Hệ thống đo lường truyền dữ liệu đo từ xe đang chạy đến kỹ thuật viên đứng bên đường đua. “Khi xe chạy, nó chuyển một khối lượng dữ liệu khổng lồ theo thời gian thực về các thông số quan trọng của động cơ hoặc khung xe đến đội kỹ thuật- hệ thống đó chạy Linux,” Christophe Verdier, giám đốc IT của đội đua Renault, nói.

Verdier cũng cho biết rằng dùng Linux để tính động cơ và khung xe giảm thời gian tính toán tới 90% và do đó giảm đáng kể chi phí chế tạo xe. “Một tính toán mô phỏng trước đây mất ba tuần, giờ chỉ còn 18 tiếng. Tốc độ tính nhanh như vậy cho phép Renault F1 tối ưu hóa hoàn toàn động cơ V10. Nhờ thế, đội Renault dành được những ưu thế đáng kể vì cuộc đua phải thắng ngay trong nhà máy cũng như trên đường đua.” Thực tế, không một giải pháp phần mềm nguồn đóng nào có được ưu thế tốc độ tính toán đó với một chi phí hợp lý.

(Mới đây Renault F1 đã mua siêu máy tính (supercomputer) của hãng Appro trang bị cho trung tâm tính toán CFD của mình – chú thích của người dịch)

Bộ sưu tập các loại gió.

Ferrari là một đội đua khác đã tuyên bố về việc dùng Linux để tính toán động cơ và dữ liệu khí động lực tại Maranello cũng như ống khí động nổi tiếng “Galleria del Vento” thiết kế bởi Renzo Piano. Sau mùa đua năm 2007 là scandal gián điệp y như thời chiến tranh lạnh giữa McLaren và Ferrari, kết thúc bằng việc rút mọi giải thưởng của McLaren trong cuộc thi Nhà chế tạo vô địch 2007 và khoản tiền phạt 100 triệu đôla.

Mô phỏng xe trên máy tính là một kỹ thuật sống còn để dự kiến hành vi của xe trong mọi điều kiện thời tiết, điều kiện đường đua của giải Công thức 1. Hiệu chỉnh khí động học của xe không chỉ ảnh hưởng đến tốc độ xe trên đường thẳng mà còn cả tốc độ vào cua của xe tại mỗi khúc quanh.

Xe đua của McLaren 'hoàn toàn thiết kế dùng Linux và bộ công cụ của SGI” Keith Vickers, giám đốc bán hàng vùng Bắc Âu của hãng SGI cho biết. McLaren dùng các phần mềm tính toán thủy khí động học (CFD) của SGI để mô phỏng các luồng không khí quanh xe trên các siêu máy tính (supercomputer) SGI Altix. Phần cứng và phần mềm hoàn toàn giống như của các nhà chế tạo xe hơi khác, mặc dù tiêu chí thiết kế xe đua khác hẳn tiêu chí thiết kế xe thông thường.

Theo tiến sỹ Mark Taylor, người đứng đầu bộ phận CFD của McLaren “Vẻ đẹp của phần mềm CFD là nó cho phép chúng tôi mô phỏng các kịch bản để có được tốc độ xe cần thiết trong nhiều hoàn cảnh khác nhau. Không có phần mềm CFD, chúng tôi phải làm điều đó bằng cách thử mô hình xe trong ống khí động học nhưng hạn chế hơn, mất thì giờ hơn và do đó không đủ thời gian để nghiên cứu các phương pháp khác giúp tăng tốc độ xe.”

Các tính toán phân tích cũng được thực hiện trên các số liệu đo thu thập được khi xe chạy. Một đội kỹ thuật chuyên theo dõi các thông số của xe khi đang chạy để phát hiện vấn đề hoặc hiệu chỉnh nhỏ hoặc thu thập số liệu cho phân tích sau này.

Theo Vickers, hãng SGI cung cấp hệ thống Linux không chỉ cho đội đua McLaren mà còn cho nhiều đội đua Công thức 1 khác, “một số đội tôi có thể kể, một số đội khác thì không được phép”. Tất cả các đội đều cần những hệ thống máy tính như nhau, công nghệ cluster Linux có ưu thế về tỷ số chi phí/tính năng trội đến mức mà việc duy nhất chỉ còn là chọn hãng nào cung cấp phần cứng và hỗ trợ.

… Linux là hệ điều hành thống trị trong lĩnh vực tính toán cao tốc “rất dễ chuyển từ máy nọ sang máy kia, dễ dịch mã nguồn, dễ chỉnh sửa mã nguồn và dịch lại. Đó là những điều hấp dẫn người dùng trong lĩnh vực này” Vickers nói “Linux lại rất linh hoạt và dễ di chuyển (scalability)”. Cùng một hệ Linux chạy trên siêu máy tính với 2000 processor và hàng terrabyte bộ nhớ có thể chỉnh sửa và thử trên một chiếc laptop thông thường. Trong một môi trường nơi ganh đua nhau đến từng phần của một giây, khả năng điều chỉnh các thông số, sửa thuật toán, đưa các phương trình đến mức giới hạn sẽ tạo nên kẻ thắng, người thua. Cũng như trong mọi lĩnh vực tính toán cao tốc, các đội đua xe đã nhìn thấy ưu điểm nổi bật của phần mềm nguồn mở trong các mục đích thực tiễn, tốc độ, chi phí và tính linh hoạt.

…...