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NVIDIA Maximus migliora le prestazioni e la fedeltà di Delphi

Delphi è uno dei principali fornitori globali di elettronica e tecnologie per automobili, veicoli commerciali e altri segmenti del mercato. Delphi gestisce centri tecnici di rilievo, siti di produzione e strutture di assistenza ai clienti in 30 paesi e offre innovazioni reali che rendono i prodotti più intelligenti e sicuri. Per fornire prodotti della migliore qualità con un'efficienza ottimale, Delphi esegue estese operazioni di prototipazione digitale, testing, analisi e simulazione sin dalle prime fasi del ciclo di sviluppo..

Delphi progetta e realizza molti dei sistemi montati nelle auto con l'aiuto di workstation a elevate prestazioni, numerose delle quali sono dotate di unità di elaborazione grafica (GPU) professionali NVIDIA® Quadro® I progetti comprendono i moduli di controllo del propulsore e della trasmissione, le funzioni di sicurezza, i sistemi di intrattenimento per i sedili posteriori, i sistemi di navigazione, i sistemi audio e molto altro ancora. Delphi collabora con quasi tutti i principali costruttori di auto: al recente salone dell'auto di Ginevra, Delphi ha presentato tecnologie e sistemi sviluppati per Volvo, Ford, Ferrari e Audi.

L'ingegnere meccanico responsabile Fereydoon Dadkhah lavora al gruppo di analisi e simulazione meccanica della Electronics and Safety Division di Delphi. Dadkhah fa parte di un gruppo con base a Kokomo nell'Indiana, che è il centro di analisi avanzata per il team di sviluppo dei prodotti. Inoltre, Delphi può contare su oltre 40 ingegneri che focalizzano la propria attenzione all'analisi dello sviluppo dei prodotti via ANSYS in strutture dislocate in India, Polonia e Messico. Allo scopo di razionalizzare il workflow di analisi, Dadkhah sta collaborando con NVIDIA per valutare il sistema NVIDIA® Maximus™ Il sistema Maximus combina le GPU NVIDIA Quadro per la visualizzazione e la progettazione interattiva e le GPU NVIDIA Tesla® per l'elaborazione a elevate prestazioni. In fase di testing, Maximus ha consentito a Dadkhah di usare simultaneamente gli strumenti ANSYS e CAD su una singola workstation.

“Utilizzo ANSYS da vent'anni e in qualità di ingegnere con esperienza in ogni tipo di soluzione, posso affermare senza ombra di dubbio che le GPU aiutano ad abbreviare in modo netto la durata dell'elaborazione, oltre a snellire il workflow fornendo la possibilità di usare gli strumenti CAD e di eseguire simultaneamente le simulazioni”, ha dichiarato Dadkhah.

SFIDA

Per ottenere indicazioni della massima precisione sul comportamento di un prodotto in fase di effettivo utilizzo è necessario analizzare modelli molto grandi e complessi. I problemi che gli ingegneri devono affrontare sono di due tipi: la fedeltà dei dati e l'efficienza dell'analisi. Entrambi i problemi possono essere affrontati con una maggiore potenza di elaborazione. “Spesso tentiamo di duplicare fenomeni del mondo reale: non è facile ottenere dati di questo tipo con la precisione necessaria”, ci ha spiegato Dadkhah. “Siamo abitualmente costretti a semplificare i modelli più complessi o ad affidarci a ipotesi sui dati per arrivare a simulazioni di dimensioni che consentano l'esecuzione sui sistemi a nostra disposizione. Stiamo cercando da tempo mezzi per migliorare le performance e l'efficienza delle analisi.”


Figura 1- Modello di insieme silicone/sostrato che consiste di oltre 1 milione di nodi

“Con l'evoluzione del ciclo di sviluppo dei prodotti, le analisi stanno diventando sempre più sofisticate e devono tenere conto delle non linearità, degli input transitori e di ogni altro risultato imprevisto ottenuto in fase di testing. Una modellazione di questo tipo può richiedere molte repliche delle analisi e può risultare quindi un processo molto dispendioso dal punto di vista dei tempi di calcolo. Una modellazione di questo tipo può impegnare una workstation per molte nottate di simulazione”, ha dichiarato Dadkhah.

La possibilità di eseguire sia le operazioni CAD e le simulazioni ANSYS simultaneamente offre un netto vantaggio in termini di workflow. “Attendere l'esecuzione delle operazioni FEA prima di procedere a quelle CAD è un processo sequenziale e lento. È notevolmente più efficiente lavorare in simultanea sulla fase successiva del problema, ad esempio alla preparazione di un modello di analisi, oppure essere in grado di compiere le modifiche necessarie mentre un'analisi è ancora in corso”, ha dichiarato Dadkhah. Questo è possibile perché le GPU Tesla riducono il carico di calcolo sui processori della workstation, liberando risorse che possono quindi essere utilizzate per attività quali la modellazione CAD.

SOLUZIONE

Per migliorare il workflow di analisi di Delphi senza dover allestire un server o un cluster di elaborazione dedicati, Dadkhah ha messo alla prova una workstation desktop in grado di sfruttare le più recenti soluzioni di workflow GPU di NVIDIA.

“Uno dei progetti su cui sto lavorando è un modulo di controllo delle trasmissioni. La parte specifica che stiamo valutando è il connettore per questo modulo. Tuttavia, per ottenere risultati accurati, abbiamo dovuto includere l'intero modello del controller della trasmissione nelle nostre analisi. Lavorare con il modello completo — oltre un milione di nodi, che richiedono circa 4,5 milioni di gradi di libertà — è impossibile con una workstation tradizionale. Con il sistema Maximus, invece, la maggior parte delle elaborazioni terminano in circa venti minuti. Ovviamente questo valore fluttua in modo significativo a seconda della complessità del modello e della simulazione eseguita, ma rappresenta comunque un enorme passo avanti rispetto alla nostra attuale situazione, che vede le elaborazioni durare abitualmente moltissime ore, spesso l'intera nottata”, ha spiegato Dadkhah. “Inoltre, grazie alla GPU, la mia workstation è in grado di gestire tutti i dati. Non devo più semplificare il modello per eseguire una simulazione e posso continuare a lavorare anche mentre le simulazioni sono in esecuzione.”

Nella maggior parte dei casi, Delphi ha riscontrato un vantaggio variabile dal 20 al 40 percento in termini di riduzione dei tempi di simulazione con i modelli usati per la valutazione dei sistemi Maximus. Naturalmente, la riduzione della durata delle simulazioni cresce in modo netto quando si usano modelli di grandi dimensioni. Questo permette al team rielaborazioni più frequenti e complete durante la procedura di sviluppo.

IMPATTO

I risultati di questo benchmark mostrano come la tecnologia NVIDIA Maximus sia in grado di permettere a Delphi di eseguire analisi su modelli più completi, nonché di evitare di ricorrere alle semplificazioni abitualmente utilizzate per aumentare l'efficienza dei sistemi di potenza inferiore. “Recentemente, mi sono occupato di un interruttore per un alzacristalli elettrico di un veicolo; inizialmente, ero convinto di dovermi affidare a una serie di ipotesi e semplificazioni per creare un modello eseguibile sulla mia workstation. Maximus però mi ha consentito di eseguire una versione meno limitata di quel modello. Non ho dovuto eliminare nessuna delle funzionalità cruciali del prodotto e ho potuto raccogliere dati di grande precisione”, ha concluso Dadkhah.


Figura 2 - Modello di sensore che contiene 1,6 milioni di nodi

La possibilità di eseguire simultaneamente ANSYS e CAD permette di migliorare significativamente la velocità e l'efficienza degli ingegneri di Delphi. Il passaggio da un processo sequenziale a uno simultaneo permette di risparmiare tempo e di aumentare la produttività consentendo agli ingegneri di effettuare modifiche al modello CAD mentre viene eseguita una simulazione separata. Il tutto senza dover attendere che quella porzione dell'analisi termini prima di iniziare a lavorare su un possibile progetto o all'ottimizzazione dei materiali.

In Delphi, la maggiore velocità e la possibilità di eseguire rielaborazioni più frequenti permette al team di analisi di eseguire le simulazioni usando modelli di stress migliori e più complessi per arrivare a una maggiore prevedibilità delle performance del mondo reale. Essere in grado di usare simultaneamente gli strumenti di progettazione e simulazione riduce i tempi di attesa, aumenta la produttività e rende possibile massimizzare l'utilizzo delle workstation senza i problemi di tempo e di logistica legati inevitabilmente al passaggio a un altro sistema.

L'analisi costituisce parte essenziale del ciclo di sviluppo dei prodotti di Delphi e di quello dei maggiori clienti dell'azienda, che vantano standard di progettazione estremamente rigorosi. Come risultato di questa valutazione Dadkhah ha concluso che la tecnologia NVIDIA Maximus fornisce un aumento di performance che permette di eseguire un'analisi a elementi finiti usando modelli di maggiori dimensioni, gestire simulazioni con maggiore rapidità e fornire risultati accurati che contribuiscono alla realizzazione di prodotti migliori e più affidabili.