За кулисами Формулы 1

Роль компьютеров в «королевских гонках» вряд ли сложно недооценить. Шутка ли: без лэптопа сегодня вы даже не сможете завести болид. Да, это уже совершенно другой спорт, совсем не такой, каким его представляли в 50-х. IT-технологии проникли в каждый уголок этого невероятного спорта, создав машины, похожие на истребители, и сделав из водителей настоящих пилотов. Только представьте себе: внушительные суперкомпьютеры размером с несколько холодильников, позволяющие инженерам перебрать десятки вариантов конструкций любого узла за считанные часы и выбрать лучший, который и отправится на «распечатку». Мобильные сервера, развёрнутые в «походных» ЦОДах, пуленепробиваемые ноутбуки, гигабайты данных, курсирующие через полмира уже спустя несколько миллисекунд после того, как были собраны с сотен датчиков болида. Всё это — реальный мир Формулы 1. А знаете, что ещё очень важно в этом виде спорта? Команда. И сегодня мы хотим рассказать о том, как команды Dell и Intel помогли команде Catherham достойно войти в удивительный мир гонок F1.

Театр начинается с вешалки

А создание гоночного болида — с проектирования. Обычно на то, чтобы пройти путь от первых набросков до запуска двигателя, команде требуется девять месяцев кропотливой работы, но осень 2009 года просто не дала шансов Catherham пойти «проторенной дорожкой». Команда получила «зелёный свет» на участие в первой гонке нового сезона в Бахрейне, а значит, на всё про всё у неё оставалось всего 22 недели. Забегая вперёд, скажем, что у истории был «хэппи энд» и команда даже получила звание «Лучший новичок сезона 2010». Но началось всё в одной из комнат Кембриджа — «голубой комнате».

Вообще, название вполне бы потянуло на очередную книгу о похождениях Гарри Поттера :), но из песни слов не выкинешь, и комната действительно так называется. Всё дело в подсветке от расположившегося в ней университетского суперкомпьютера Dell. Этот HPC-кластер — настоящий ветеран высокопроизводительных вычислений, отмечавшийся на рубежах биологии, химии, астрономии и, конечно же, физики (использовался при некоторых расчётах CERN для субатомных частиц). Именно такая машина и была нужна новоиспечённой гоночной команде, ведь работа предстояла просто гигантская. На самом деле, даже имея за спиной вычислительные мощности суперкомпьютера, Catherham не сильно облегчил свою задачу. Полностью арендовать университетский кластер не получилось бы ни за какие деньги, поэтому было принято волевое решение: использовать мощности кембриджской «комнаты», пока не будет спроектирован и построен собственный суперкомпьютер. А ведь параллельно необходимо было найти квалифицированных CFD-инженеров, которые должны были успеть не только спроектировать болид, но и воплотить проект в жизнь. Всё это обеспечило «энтузиастам» довольно весёлую зиму 2009 года: команда практически поселилась возле суперкомпьютера (на самом деле, арендовало одно из близлежащих помещений университета). «Одержимость» Catherham была настолько заразительной, что некоторые сотрудники университета, основываясь на своей многолетней практике «общения» с высокопроизводительными системами Dell, вместе с техподдержкой компании помогли разработать собственный кластер для нужд команды. В итоге «зверь» получился, конечно, поскромнее университетского, но зато оптимальный по цене / нуждам команды. Если же сравнивать два суперкомпьютера, то кембриджский HPC образца 2010 года с 3 584 ядрами «на борту» выигрывал у Catherham (1 488 ядер) по мощности в пять раз. Познакомимся с последним поближе.

Настоящий фокусник никогда не раскрывает всех своих секретов. Поэтому тонкие технические моменты можно будет узнать в комментариях. В целом же суперкомпьютер Catherham представляет собой 186 серверов Dell, в каждом из которых ютится по 8 ЦПУ Intel на базе Intel Xeon. Возглавляют «вычислительную силу» три больших сервера, отвечающие за визуализацию всех тех вычислений, которые производит кластер.
Итоговые результаты обычно предоставляются для анализа инженерам в виде изображений, видео или графиков. В противном случае пришлось бы «играть в Матрицу», уставившись на бесконечные потоки миллиардов цифр и уравнений. В целом же, подобные кластеры чаще всего в Формуле 1 выполняют одну и ту же миссию: используются для решения задач по вычислительной гидродинамике. Другими словами, отвечают за моделирование влияния тех или иных элементов болида на его аэродинамику. Ещё каких-то 10 лет назад о таком подходе инженеры могли лишь мечтать. Новую деталь нужно было сделать вручную, затем провести испытания в аэродинамической трубе… И всё это только ради того, чтобы попробовать один из вариантов. Теперь же на моделирование результатов уходят часы. За 17-часовой «рабочий» день кластер совершает порядка 10 млрд. вычислений, используя около 800 млн. «единиц» исходных данных.

На самом же деле ни о каких передышках и речи идти не может: решение эксплуатируется в режиме 24х7 практически круглый год. Исключение составляют две недели в августе, когда всем командам запрещено вести работы над болидами. Именно в эти дни и производятся основные апгрейды, апдейты и диагностика железа. В остальные дни на это банально нет времени (хотя при острой необходимости любой из 186 серверов можно вытащить на «приватный разговор»).

Кроме того, ни для кого не секрет, что техника не любит завершать работу внезапно. Что уж говорить о суперкомпьютерах. Для поддержания работоспособности кластера Catherham на случай отключения электропитания используется 60 24-вольтовых батарей, которые способны продержать его до 12 минут при максимальной загрузке.

Но как бы хорошо ни работал этот суперкомпьютер, жить в команде F1 ему осталось не больше года. Дело в том, что проект был запущен в апреле 2010, а по традиции в «королевских гонках» жизненный цикл IT-парка составляет не более 3 лет. И уже сейчас команда присматривается к новым решениям Dell. Стремления просты: быстрее, компактнее, энергоэффективнее. Говоря в цифрах расчётов, если на данный момент кластеру необходимо на «CFD-работу» порядка 17 часов, новое решение должно справляться с аналогичным объёмом за 10.

«Полевые» работы

Только не стоит думать, что вся «IT-шность» гоночной команды Формулы 1 заканчивается на суперкомпьютере. Нет-нет, это лишь вершина айсберга, а если быть точнее, то центра разработки, расположенного в Англии. Но ведь заезды проходят практически весь год. А это значит, что «в тылу» аппаратура ещё интереснее.

Знакомьтесь, эта мобильная стойка — передвижное технологическое сердце команды Catherham. Этакий «человек-оркестр», несущий на своём борту 20 виртуальных серверов, которые обеспечивают комфортную работу 60 человек. Она отвечает практически за всё, что происходит на трассе. К примеру, именно через неё организовывается обработка всей телеметрии в течение гонки, что позволяет инженерам «на лету» корректировать стратегию и настраивать болид. Ещё одной важной составляющей «полустойки» (тут стоит понимать, что название пошло от сравнения с габаритами «классической» стойки) является её ёмкость и «пропускная способность». Ведь за каждый из двух заездов (квалификация + сама гонка) необходимо принять и перенаправить в «мозговой центр» в Англии около 20 гигабайт данных. Подробнее с «составом» стойки можно ознакомиться на рисунке:

Мы же обратимся к нюансам. Во-первых, для Формулы 1 всё, что касается «железа» напрямую подчиняется поговорке «размер имеет значение». На самом деле, конечно, не только размер, но и вес. Обычному человеку сложно даже представить, насколько дорого в «королевских гонках» что-либо перевозить. Стоимость транспортировки 1 кг веса обычно составляет порядка $100. Теперь умножьте это на 20 переездов, и станет очевидно, почему команды предпочитают максимально «облегчить» себе жизнь во всех смыслах этого слова. Забавно, но UPS, обеспечивающий стабильную работу стойки, превосходит её по весу. Тем не менее, «лёгкость на подъём» — лишь одно из требований, применяемых к оборудованию «в поле». Особое внимание уделяется ударопрочности, защите от вибраций, а также возможности работать при неблагоприятных погодных условиях. Да, какие проблемы могут быть, когда у вас под рукой чистая серверная комната с мощной системой охлаждения. Но только всего этого в пустыне, к сожалению, нет. Пыль, грязь, песок и насекомые — вот с чем чаще всего приходится сталкиваться сервисному инженеру здесь. И тем не менее, уикенд за уикендом оборудование работает, снимая данные одновременно с двух болидов, пересылая их на обработку в дата-центр и одновременно выдавая результаты, необходимые для работы 60 инженеров, менеджеров и «стратегов» заезда. Довольно неплохо для полутораметрового «чёрного ящика», не правда ли?

Ну, и прежде чем рассказать о самых малых IT-единицах, задействованных в гонках, подведём небольшие итоги, собранные в инфографику.

А теперь в зоопарк финишная прямая

Наконец-то мы добрались до рабочих станций. Dell Precision M4600 — именно эту модель не совсем обычных ноутбуков ещё с 2010 года используют в Catherham F1 Team. О технических характеристиках мы подробнее поговорим в следующем посте. Сейчас же остановимся на вопросе «Почему?». Почему именно такие ноутбуки используются в Формуле 1?

Ответ прост – обычные ноутбуки уходят в «долину синих экранов смерти» ещё на этапе запуска двигателя болида. Уровень шума достигает 140 децибел, что в купе с сопутствующими вибрациями однозначно заявляет о необходимости использования SSD-дисков.

Также не стоит забывать о том, что гонки проходят практически круглый год по всему миру. Это значит, что ноутбук должен корректно работать в любых погодных условиях, будь то промозглая осень Испании, жара в Абу-Даби, песчаные ветра Бахрейна или 80% влажности в Малайзии.