Cluster-Computing in der Automobilentwicklung

Audi führte derartige technische Berechnungen in den achtziger Jahren auf IBM-Mainframes aus, danach auf einem Cray-Vektorrechner mit Workstations für Pre- und Postprocessing. Mitte der neunziger Jahre folgten RISC-Computer von SGI und HP. Im Jahr 2001 implementierte die IT-Abteilung erstmalig ein Clustersystem.

Der Vorteil von Clustern liege im anpassungsfähigen Einsatz. Berechnungsingenieure verfeinern ihre Modelle auf Basis stochastischer Methoden laufend. Allein durch das Variieren weniger Versuchsparameter entstehen schnell Reihen von einigen hundert Simulationen. Zu einem erhöhten Simulationsbedarf trägt außerdem die Vergrößerung der Fahrzeugpalette von Audi bei. Nicht zu unterschätzen die steigende Komplexität der Anforderungen. Die Folge: die Zahl der Berechnungen nahm deutlich zu, der vorhandene Cluster reichte nicht mehr aus. Deshalb evaluierte Audi im Februar 2004 den Markt nach leistungsfähigeren Systemen, auf denen insbesondere die Crashtest-Software PAM-CRASH von ESI und das Programm FEKO von EMSS zur Berechnung elektromagnetischer Verträglichkeit eingesetzt werden sollten.

„Die Hauptkriterien an ein größeres Clustersystem waren eine äußerst gute Performance verbunden mit einem attraktiven Preis“, erläutert Volker Rutsch, Fachreferent CAE-Applikationsmanagement bei Audi, seine Entscheidungsgrundlage. Die Audi-Spezialisten suchten nach einem Linux-Cluster mit Intel IA32-Prozessoren. Die Alternative des AMD Opteron konnte aus Zeitgründen nicht hinreichend auf Verlässlichkeit und Stabilität hin untersucht werden. Zudem wäre diese Lösung bei nur etwa zehn Prozent mehr Leistung deutlich teurer gewesen. „Wir schließen den Einsatz von Opteron-Systemen in der Zukunft nicht aus. Voraussetzung dafür sind allerdings ausreichende Erfahrungswerte“, prognostiziert Rutsch. Der Grund für die Wahl des IA32-Prozessors liegt in erster Linie auch darin, dass die Mehrzahl der PAM-CRASH-Anwender im Laufe der Zeit ihre Datenmodelle auf diese Plattform umgestellt hat.

Zur Bemessung des Clusters haben die Audi-Spezialisten aus typischen Fällen der täglichen Arbeit Benchmarks erstellt und den System-Anbietern zur Verfügung gestellt. Aufgrund deren Auswertungen und des täglichen Berechnungsvolumens wurde die Clusterlandschaft auf 636 Prozessoren ausgelegt. Nach einem direkten Vergleich fiel die Entscheidung auf zwei Sun Fire V65x Server und 316 Sun Fire V60x Server mit je zwei Dual Xeon 3,06 GHz schnellen Prozessoren. Die mit einem Hauptspeicher von zwei und vier Gigabyte bemessenen Server sind mit bis zu vier SCSI-Festplatten je 71,6 Gigabyte ausgerüstet. Zehn Nortel 5510 Switches verbinden den Cluster über zwei Gigabit-Ethernet Leitungen via Split MLT (Multi Link Trunking) mit zwei Nortel Passport Switches im Audi LAN.

Ersetzt wurden alte Systeme mit einer Gesamt-Prozessor-Taktleistung von rund 300 Gigahertz. So betrachtet taktet der neue Sun Cluster mit mehr als der sechsfachen Leistung: knapp 2000 GHz. „Das ausschlaggebende Argument für Sun war die hohe Rechenleistung des Systems im Verhältnis zum Preis“, erklärt Dipl.-Ing. Manfred Schilcher, Leiter CA-Applikationsmanagement bei Audi, die Entscheidung für Sun Microsystems. Rutsch ergänzt: „Außerdem hat uns die schnelle Auftragsbearbeitung von Sun beeindruckt: vom Bestelltermin bis zur Lieferung betrug die Frist nur fünf Wochen. Innerhalb dieses kurzen Zeitraums konnte von allen Mitanbietern nur Sun die Produktion und Anlieferung gewährleisten.“ Letztendlich hat Sun die Systeme sogar schon eine Woche früher geliefert, so dass innerhalb der vorgegebenen Zeit auch die Installation und die Abnahme stattfinden konnte. Der Hintergrund für derartig kurze Abwicklungszeiten: Sun hat die interne Organisationsstruktur um die so genannten Customer Ready Systems erweitert. Diese Taskforce mit Sitz in Schottland kümmert sich generalstabsmäßig um die Qualitätssicherung und Auslieferung zeitkritischer Aufträge in Europa.