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NVIDIA Maximus liefert mehr Leistung und höhere Datenqualität bei Delphi

Delphi ist ein weltweit führender Anbieter von Elektronik und Technologien für Autos und Nutzfahrzeuge sowie andere Marktsegmente. Das Unternehmen betreibt große Technologiezentren, Produktionsanlagen und Kundendienst-Niederlassungen in mehr als 30 Ländern und liefert praktische Innovationen, um Produkte intelligenter und sicherer zu gestalten. Um hervorragende Produkte möglichst effizient zu liefern, führt Delphi ab den ersten Phasen des Entwicklungszyklus umfangreiche digitale Prototypisierungen, Tests, Analysen und Simulationen durch.

Delphi entwirft und produziert zahlreiche Systeme für moderne Autos auf Hochleistungs-Workstations, von denen viele mit professionellen NVIDIA-Quadro-Grafikprozessoren (GPUs) ausgestattet sind. Zu den Designprojekten von Delphi zählen unter anderem Steuerungsmodule für Motor und Getriebe, Sicherheitsfunktionen, Fond-Entertainment- und Navigationssysteme, Audiosysteme und vieles mehr. Delphi arbeitet mit den meisten großen Automobilherstellern zusammen. Auf der Geneva Motor Show wurden Delphi-Technologien und -Systeme für Volvo, Ford, Ferrari und Audi vorgestellt.

Fereydoon Dadkhah ist als Senior Mechanical Engineer für mechanische Analysen und Simulationen in der Abteilung für Elektronik und Sicherheit bei Delphi tätig. Er gehört zum Team des Expertise-Zentrums für Analysen für die Produktentwicklung in Kokomo, Indiana. Außerdem beschäftigt Delphi mehr als 40 Ingenieure in Indien, Polen und Mexiko, die auf ANSYS-Analysen für die Produktentwicklung spezialisiert sind. Um die Arbeitsabläufe bei Analysen zu optimieren, hat Dadkhah mit NVIDIA bei der Beurteilung des Maximus-Systems zusammen gearbeitet. Es kombiniert Quadro-GPUs für Visualisierung und interaktives Design mit NVIDIA-Tesla-GPUs für High-Performance Computing. Im Rahmen der Tests konnte Dadkhah mit Maximus ANSYS- und CAD-Tools simultan auf einer einzigen Workstation betreiben.

„Ich verwende ANSYS seit zwanzig Jahren und habe während meiner Laufbahn als Ingenieur diverse Systeme kennen gelernt. Ich kann nur bestätigten, dass GPUs dazu beitragen, wesentlich schneller zu Ergebnissen zu gelangen und Arbeitsabläufe deutlich beschleunigen, indem die Verwendung von CAD-Tools verwendet möglich ist, während gleichzeitig Simulationen laufen“, erklärt Dadkhah.

DIE HERAUSFORDERUNG

Um möglichst genau vorherzusagen, wie sich ein Produkt in der Realität verhalten wird, müssen sehr umfangreiche und komplexe Modelle analysiert werden. Dabei stehen die Ingenieure zwei Herausforderungen gegenüber: einerseits die Datenqualität und andererseits die Effizienz der Analyse. Beide Probleme lassen sich durch gesteigerte Rechenleistung lösen. „Wir versuchen oft, Ereignisse in der realen Welt nachzustellen, und es ist nicht immer einfach, die entsprechenden Daten korrekt zu erfassen“, erklärt Dadkhah. „Häufig müssen wir komplexe Modelle vereinfachen oder uns mit Schätzwerten für bestimmte Daten begnügen, um Simulationen ausführen zu können. Wir sind immer daran interessiert, die Leistung und Effizienz unserer Analysen zu steigern.“

Abbildung 1 - Modell einer Silikon-/Substrat-Baugruppe mit über 1 Million Knoten
Abbildung 1 - Modell einer Silikon-/Substrat-Baugruppe mit über 1 Million Knoten

„Im Lauf des Entwicklungszyklus eines Produkts werden die Analysen immer komplexer, da sämtliche Nichtlinearitäten, Schwankungen und andere unerwartete Testergebnisse einbezogen werden müssen. Die Modellerstellung erfordert unter Umständen sehr, sehr viele Analyse-Iterationen und wird damit ein sehr zeitaufwändiger Prozess, der eine Workstation für mehrere Tage und Nächte mit Simulationen auslasten kann“, sagt Dadkhah.

Die Möglichkeit, CAD-Aufgaben und ANSYS-Simulationen gleichzeitig durchführen zu können, stellt einen deutlichen Vorteil für die Arbeitsabläufe dar. „Es ist sehr langwierig, wenn man immer erst warten muss, bis die FEA abgeschlossen ist, bevor man mit dem CAD-Design fortfahren kann. Wesentlich effizienter ist es, bereits während der Analyse am nächsten Schritt zu arbeiten, zum Beispiel das nächste Modell für die Analyse vorzubereiten oder bereits notwendige Änderungen einzuarbeiten“, erläutert Dadkhah. Dies wird dadurch möglich, dass die Tesla-GPU einen Teil der Rechenlast von den CPUs der Workstation übernimmt und so Ressourcen freisetzt, die für die CAD-Modellerstellung genutzt werden können.

DIE LÖSUNG

Um die Analyseabläufe bei Delphi zu optimieren, ohne einen großen Server oder ein Cluster einzurichten, hat Dadkhah eine Desktop-Workstation getestet, die die aktuellsten GPU-basierten Workflow-Lösungen von NVIDIA zum Einsatz bringt.

„Eines meiner derzeitigen Projekte ist eine Getriebesteuerungseinheit. Aktuell beurteilen wir konkret den Anschluss dieses Moduls. Um präzise Ergebnisse zu erzielen, mussten wir jedoch das Modell der gesamten Steuereinheit in unsere Analysen einbeziehen. Die Arbeit mit dem gesamten Modell − über eine Million Knoten beziehungsweise 4,5 Millionen DOF − ist auf einer herkömmlichen Workstation kaum machbar. Auf dem Maximus-System waren dagegen die meisten Durchläufe innerhalb von ca. 20 Minuten abgeschlossen. Die genaue Geschwindigkeit hängt natürlich maßgeblich von der Komplexität des Modells und der jeweiligen Simulation ab, aber es stellt auf jeden Fall eine deutliche Beschleunigung im Vergleich zur bisherigen Situation dar, bei der Simulationen häufig Stunden oder die ganze Nacht gedauert haben“, erklärt Dadkhah. „Außerdem kann meine Workstation mit der GPU sämtliche Daten verarbeiten. Ich muss die Modelle für die Simulation nicht mehr so sehr vereinfachen und kann während der Simulation weiter arbeiten.“

In den meisten Fällen konnte Delphi bei Simulationen auf dem Maximus-System Beschleunigungen zwischen 20 und 40 Prozent verzeichnen. Bei der Arbeit mit großen Modellen summieren sich diese Werte beträchtlich. Dadurch kann das Team während des Entwicklungsprozesses häufigere und präzisere Iterationen durchführen.

DIE AUSWIRKUNGEN

Die Ergebnisse dieses Tests belegen, dass die NVIDIA-Maximus-Technologie Delphi dabei unterstützt, Analysen mit vollständigeren Modellen ohne Vereinfachungen durchzuführen, wie sie auf Systemen mit geringerer Grafikprozessorleistung zur Gewährleistung der Effizienz unvermeidbar wären. „Kürzlich hatte ich ein Projekt für einen Fensterheberschalter, bei dem ich auf den ersten Blick davon ausging, dass ich mit vielen Annahmen und Vereinfachungen arbeiten müsste, um das Modell auf meiner Workstation zum Laufen zu bringen. Mit Maximus konnte ich aber ein großes Modell mit allen wichtigen Produktmerkmalen bearbeiten und bekam präzise Ergebnisse“, schließt Dadkhah.

Abbildung 2- Sensormodell mit 1,6 Millionen Knoten
Abbildung 2- Sensormodell mit 1,6 Millionen Knoten

Die Möglichkeit, gleichzeitig ANSYS- und CAD-Anwendungen zu betreiben, bedeutet für die Ingenieure bei Delphi eine deutliche Steigerung der Geschwindigkeit und Effizienz. Die Fähigkeit, Prozesse gleichzeitig anstatt nacheinander auszuführen, spart Zeit und erhöht die Produktivität, da die Ingenieure CAD-Modelle bearbeiten können, während eine Simulation läuft, ohne warten zu müssen, bis die Analyse beendet ist, um mögliche Optimierungen des Designs oder der Materialien zu implementieren.

Für Delphi bedeutet höhere Geschwindigkeit und die Möglichkeit, häufiger zu iterieren, dass das Analyseteam Simulationen mit besseren, komplexeren Stresstest-Modellen durchführen kann und präzisere Ergebnisse über das voraussichtliche Verhalten unter realen Bedingungen erhält. Die gleichzeitige Verwendung von Design- und Simulationstools spart wertvolle Zeit, steigert die Produktivität und ermöglicht die maximale Nutzung der Workstations, ohne den Zeitaufwand und der Logistik, die ein Wechsel zu einem anderen System erfordern würde.

Analysen sind ein wichtiger Bestandteil der Produktentwicklung für Delphi und ihre Großkunden, die sehr strenge Design-Standards haben. Durch diesen Test ist Dadkhah zu dem Schluss gekommen, dass die NVIDIA-Maximus-Technologie Leistungssteigerungen realisiert, die ihm die Durchführung von Finite-Element-Analysen mit größeren Modellen, schnellere Simulationen und präzisere Ergebnisse für bessere, zuverlässigere Produkte ermöglicht.