Formula1 CFD 시뮬레이션이 통합 클라우드 HPC 플랫폼과 함께해야하는 이유

Why Formula1 CFD Simulations Should Go with a Unified Cloud HPC Platform
Irwen Song - August 25, 2017

포뮬러 1의 경기 분석을 위해 HPC인프라를 사용하고 있습니다. 클라우드 hpc플랫폼을 사용해야하는 이유를 Rescale Irwen Song씨가 기고하였습니다. 


국제 자동차 연맹 (FED)은 2016년 4월 29일 2017년 포뮬러1 그랑프리에 대한 스포츠 및 기술 규정의 최신 버전을 공개했습니다. 이 문서는 모든 포뮬러 원 경주팀이 2017년 시즌을 따라야하는 규칙입니다.  CFD(전산유체역학 : Computational Fluid Dynamics) 시뮬레이션의 모든 제한 사항은 스포츠 규정의 부록 8 (공기 역학 테스트 제한) - 2 절에 명확하게 정의되어 있습니다. (the sporting regulations.)

자동차 공기 역학 연구 개발에서 광범위하게 채택 된 방법론인 전산유체역학 (CFD)은 프로세싱 시간을 효과적으로 단축시키는 것으로 입증되었습니다. 가장 큰 장점은 개별 부품단위가 아닌 전체 PoC를 컴퓨터에서 수행 될 수 있다는 것입니다. 스포츠 및 레이싱 차량 제조업체와 같은 고급 자동차 산업에서 CFD는 더욱 집중적으로 사용되었습니다. 이 블로그 포스트에서 필자는 포뮬러 원 경주팀이 CFD 디자인을 발전시키기 위해 클라우드를 활용해야하는 이유와 스포츠의 운영 기관인 FIA가이를 추진하는 이유에 대해 설명 할 것입니다.


CFD 제한을 두는 이유

CFD가 효과가 크다면 FIA가 그 사용을 제한하는 이유는 무엇입니까?
크게 두 가지 이유가 있습니다.

첫 번째는 스포츠의 공정성을 보장하는 것입니다. 모든 F1 팀이 동등한 규모는 아닙니다. 메르세데스와 페라리 같은 자동차 제조 회사가 후원하는 팀은 Manor와 Sauber 같은 독립팀보다 더 많은 재정 자원을 가지고 있습니다. 큰 팀은 CFD 시뮬레이션을 수행하기 위해 고성능 컴퓨팅 하드웨어 및 소프트웨어에 더 많은 투자를 할 수있어 소규모 팀이 경쟁 할 기회가 없을 수도 있습니다.

두 번째 이유는 비용 통제입니다. F1은 한때 그 호화로움으로 유명했습니다. 세계 경제의 변동과 더불어, 자동차 제조 회사가 후원하는 일부 독립팀도 최근 몇 년 사이에 탈락하는 것을 보았습니다. 스포츠를보다 경제적으로 만드는 것이 FIA의 최우선 과제입니다.

CFD 제한이 진정한 목적입니까?

F1 스포츠 규정의 부록 8 ( "공기 역학 테스트 제한") 섹션 2 ( "제한된 CFD 시뮬레이션")을주의 깊게 읽으면 하드웨어 계산에만 적용되는 제한 사항이 있음을 알 수 있습니다. 예를 들어 처리 장치 클러스터의 코어 및 처리 장치의 제조업체 및 모델, 규칙의 목적은 FLOPS (초당 부동 소수점 연산)로 측정 한 이론상의 최대 계산 능력을 제한하는 것입니다. 그러나 소프트웨어 혁신에는 아무런 제한이 없습니다. 또한 하드웨어의 경우 자금력이 풍부한 팀이 인피니밴드(InfiniBand)와 같은 상호 연결 개선에 투자하여 계산 속도를 높일 수 있습니다. 네트웍을 이용하여, 규칙은 각팀에 의해 성능향상을 가져올수 있는 약간 기회를 아직도 가지고있습니다. 

전통적인 온-프레미스 CFD 계산을 위한 팀과 FIA의 장애물

기존방식의 온-프레미스 CFD 계산의 경우 팀의 장애물은 다음과 같습니다.

1. 온 - 프레미스 하드웨어 유지 관리 비용
2. 시뮬레이션 소프트웨어 및 관련 라이센스 유지 비용
3. 유휴 기간 동안 자원 낭비 
4. R&D 기간 동안의 부족한 컴퓨팅 파워
5. 시뮬레이션 데이터를 안전하고 효율적인 관리

FIA가 직면 한 큰 장애물은 감사(Auditing)입니다.  팀이 CFD 시뮬레이션 및 위치에 대한 사내 HPC 정보를 보고 한 후 하드웨어 사양을 확인하기 위해 감사원이 현장에 있어야합니다. 또한 감사 대상 하드웨어가 해당 CFD 시뮬레이션을 실행하는 하드웨어와 동일하다는 보장도 없습니다. 

A unified cloud HPC platform – a solution for all

다음 요구 사항을 충족한다면 단일화 된 클라우드 HPC 솔루션은 위의 모든 문제를 해결할 수 있습니다. 

1. 데이터 보안 및 무결성. 시뮬레이션 데이터는 F1 레이싱 팀에게 가장 중요한 자산 중 하나입니다. 여러팀이 시뮬레이션 작업을 실행하는 클라우드 HPC 플랫폼의 경우 무단 액세스 및 변조로부터 데이터를 보호 할 수있는 것이 최우선 적이어야합니다.
2. 모두 "주문형"방식으로 무제한의 컴퓨팅 하드웨어 리소스를 제공하십시오. 이는 R&D 단계에서 컴퓨팅 능력이 부족하다는 문제를 해결합니다. 엔지니어는 필요할 때마다 "충분히 큰" 클러스터를 스타트하고 가능한 빨리 시뮬레이션 작업을 실행할 수 있습니다. 또한 사용자는 작업이 실행되는 시간에 대해서만 비용을 지불하므로 기존의 사내 구축 형 HPC보다 훨씬 경제적입니다.
3. 매시간 가격 책정을 통해 CFD 소프트웨어 라이센스 옵션을 제공하십시오. 이를 제공하는 소프트웨어 공급 업체의 경우, 이는 CFD 엔지니어의 도구 상자에서 다양한 선택을 제공합니다. 소프트웨어는 클러스터의 크기와 CFD 작업의 길이에 따라 매시간 청구됩니다. 비용 측면에서 보면 비싼 장기 라이센스(또는 임대라이센스)를 구입하는 것보다 효율적입니다. 또한 엔지니어는 업무를 수행 할 수있는 충분한 라이센스가없는 것에 대해 걱정할 필요가 없습니다.
4. 각 팀에 동일한 하드웨어 및 소프트웨어 세트를 제공하십시오. 이는 팀이 사용할 수있는 하드웨어 및 소프트웨어 선택 세트를 제한합니다. 더 중요한 것은, 모든 팀에게 공정성을 보장하는 동일한 도구 세트가 제공된다는 것입니다.
5. CFD 엔지니어가 CFD 작업에 대한 결과를 실행 및 모니터링하고 검색 할 수 있는 친숙한 사용자 인터페이스를 제공합니다. 이것은 CFD 엔지니어가 작업을 설정하고 결과를 빨리 검색 할 수있게 도와 주며 프로세스를 오류가 발견하기 쉽게 만듭니다.
6. 관리 사용자 (FIA의 감사원)가 소프트웨어 및 하드웨어 사용을 모니터하고 예산을 책정 할 수있는 관리 포털을 제공합니다. 이 기능을 통해 FIA의 감사 프로세스를 극적으로 관리 할 수 ​​있습니다. FIA의 직원은 각 팀마다 동일한 예산 (상한)을 설정할 수 있습니다. 이 예산은 각 팀의 모든 하드웨어 및 소프트웨어 사용에 적용됩니다. 예산 한도에 도달하면 더 이상 시뮬레이션 Job을 수행할 수 없습니다. FIA 심사원은 관리포탈을 통해 설정 (코어 시간의 총 하드웨어 사용량, 라이센스 시간의 총 소프트웨어 사용량) 또는 각 작업에 대한 상세한 분석으로 작업을 쉽게 모니터링 할 수 있습니다. 이것은 모두 웹 브라우저에서 수행 할 수 있습니다.
7. IT 유지비용은 0입니다. F1 팀과 FIA가 하드웨어와 소프트웨어를 유지할 필요가 없다고 상상해보십시오. 대신 CFD 시뮬레이션은 항상 최신 하드웨어와 소프트웨어로 실행될 수 있습니다. 클라우드 HPC를 사용하면 IT 비용을 들이지 않고도 이러한 꿈을 실현할 수 있습니다.

세계는 클라우드의 장점을 받아 들이고 있으며, F1에서도 유용하게 활용할 수 있습니다. 

CFD 시뮬레이션은 포뮬라 원 레이싱 카 설계 및 개발 작업에서 중요한 엔지니어링 도구로 간주됩니다. 그러나 대부분의 IT 업계가 클라우드 환경으로 전환하고 있지만 대부분의 F1 CFD 시뮬레이션은 여전히 사내 구축형 하드웨어 및 소프트웨어에서 수행됩니다. 

최첨단의 F1팀은 통합 클라우드 HPC 플랫폼을 통해, 기존의 온-프레미스 HPC의 제약사항은 사라지고 혁신을 가속화 할수 있는 이점을 얻을 수 있습니다. 

Source - Rescale blog

개인적인 의견 - 포뮬러1에서 경기력향상을 위해 hpc환경을 사용했다는것에 놀랐고 공평성을 위해 규약까지 만들어 관리한다는것에 다시한번 놀랐습니다. 미래에 드론대회나 각종 기록을 갱신하는 대회등에도 적용하면 좋을것 같습니다.