[Из песочницы] Краткая история компьютеризации в Формуле 1

Привет, Гиктаймс! Представляю вашему вниманию перевод статьи «A brief history of computing in Formula 1«.

Современные команды Формулы 1 используют тысячи ультрасовременных компьютеров для проведения измерений, контроля, анализа и симуляции каждого аспекта машин, используемых в Гран При. Разработчик программного обеспечения команды McLaren, Chris Alexander, детально исследовал историю компьютерных технологий в спорте.

От специальной бортовой электроники до бесчисленных виртуальных серверов в дата-центрах по всему миру, компьютеры распространились во всех аспектах инженерии Формулы 1. Но каким же образом технологии дошли до этого? Подобно природе спорта, путешествие компьютеров в Формуле 1 это история скорости и мощности.

1950-ые. Как вы можете себе представить, на ранние годы Формулы 1 не сильно повлияло развитие компьютерных технологий. В действительности, чемпионат мира стартовал в 1950-ом году, а первый компьютер был изобретен лишь на год раньше. Electronic Delay Storage Automatic Calculator (EDSAC), как его назвали, был построен в Университете Кембриджа и программировался перфолентой с пятью отверстиями. Из-за использования примитивных технологий, он занимал столько же места, сколько два болида McLaren MP4-31s, и ему требовалось много часов, чтобы выполнить простейшую программу!

1960-ые. Машины Формулы 1 продолжили состоять только из механических устройств, проектируемых на традиционных чертежных досках мультиквалифицируемыми инженерами, вооруженными механическими карандашами и необычными наборами французских линеек.
Когда Брюс Макларен и Денни Халм гонялись на машинах McLaren в конце 1960-х, пилот являлся ключевым инструментом в анализе и понимании производительности машины. Простая ошибка гонщика, или просчет в его понимании, что ему «говорит» машина, могли легко стать результатом схода с гонки.

Для примера, в 1967 году на Гран При Монако, Брюс остановился на пит стоп, ошибочно посчитав, что ему необходима дозаправка; на его ошибку ему указал Джек Брэбем. Вернувшись в бой, в конечном счете он финишировал четвертым.

В современных машинах Формулы 1 тысячи параметров измеряются ежесекундно, инженеры на треке и на базе могут анализировать проблемы машины, без необходимости заезда на пит-стоп.

1970-ые. Так было до 1970-х, когда прогресс в развитии электронных компонентов и микропроцессоров способствовал введению того, что мы сегодня называем микрокомпьютером. Это случилось в 1975 году, когда McLaren впервые ввели телеметрию – сбор данных о машине, и было это не в Формуле 1, это была заслуга команды в Индикаре. Осуществлялся сбор 14 разных видов данных о машине, которые могли быть выгружены в гараже. В качестве перспективы, это примерно такое же количество различных видов информации, которые может снять современный смартфон об окружающей его среде.

1980-ые. В 1980-х, вместе с бумом домашних компьютеров, началось значительное улучшение бортовых электронных технологий. В связи с тем, что электронные и аналоговые системы стали легче, меньше и мощнее, ключевые аспекты любого оборудования, установленного на болидах Формулы 1, стали использоваться командами, и особенно производителями двигателей, для выполнения более сложных систем.

Первая электроника использовалась для выполнения управляющих заданий, в дополнение к телеметрии для улучшения надежности и работы автомобиля. Эти системы управления являются предшественниками систем, которые вы можете найти в вашей современной машине. Они помогали улучшать эффективность и надежность двигателей, выполняя диагностику и отслеживая заезды.

В Формуле 1, первые типы этих электронных систем были только бортовыми, их недостатком было отсутствие способности передачи данных в гараж. Вместо этого, техникам необходимо было выгружать данные с бортовой памяти, когда машина находилась в гараже. Первоначально, памяти хватало только на один круг, поэтому пилоту давался дополнительный сигнал для включения телеметрии для выбранного круга, и данные с болида снимались при возвращении в гараж. Высокие, установленные в стойках компьютеры, начали занимать место в гаражах, рядом с обычными механическими инструментами.

Это были шаги, которые обозначили начало информационной эпохи в Формуле 1.

В начале 1980-х также появились электронные системы управления двигателем. Когда McLaren ввел двигатель TAG Turbo для болида MP4/1E в 1983, он был оснащен расширенной системой Bosch, которая сочетала контроль подачи топлива и его воспламенение в одном месте. Это позволило электронике контролировать мощность, управляемость и топливную эффективность в гораздо большей степени, чем это было возможно ранее.

Использование топлива было важной проблемой, которую необходимо было решать. В 1985 машины были лимитированы 220 литрами топлива без дозаправок; в 1986 эта цифра была уменьшена до 195 литров, что значило, что аккуратное и эффективное использование топлива стало крайне важным.

Болид 1985 года MP4/2B был первым автомобилем команды McLaren, который был оснащен установленным в кокпите электронным считывателем оставшегося топлива. С помощью этой технологии, Ален Прост первым пересек финишную черту на Гран При Сан Марино, после схода Айртона Сенны на Lotus и Стефан Юханссон на Ferrari, которые были впереди, но у них закончилось топливо (позже Прост был дисквалифицирован, когда оказалось, что его болид имел массу ниже нормы).

Однако, система оставалась ненадежной. Известно, как Прост наплевал на все предупреждения и выиграл свой второй титул чемпиона мира в Аделаиде в 1986, несмотря на то, что индикатор топлива находился на красной отметке. К счастью для француза индикатор ошибался!
Известно, что во всех элементах Формулы 1, скорость является наиважнейшим фактором, а ожидание выгрузки актуальных данных с машины занимало слишком много времени. Во второй половине 1980-х первые потоки данных становились доступными в гараже до того, как машина возвращалась на питлейн.

Это был «бум» телеметрии – машина могла использовать радио сигналы для передачи ключевых данных о прохождении каждого круга в гараж. Эти небольшие образцы информации становились доступными для инженеров за несколько минут до того, как машина заезжала в гараж, после чего становилась ясна полная картина записанных данных.

1990-ые. Несмотря на прогресс, который спорт получил за первые 40 лет, именно 1990-ые стали «взрывом» вычислительных способностей – как на самой машине, так и во всей команде.

В 1993 рост компьютеризации способствовал использованию технологии «активного управления» машинами. Это была эра использования еще большего количества управляющих электронных систем, чем в современных машинах: подвеска с активным ходом повышала устойчивость машин; усилитель руля помогал пилоту; усилители тормозов улучшали тягу на углах, а контроль тяги облегчал выполнение наиболее гладкого выхода из поворотов.
Стало необходимым осуществлять сбор с машины намного большего количества данных, и анализировать с большей частотой, чем раньше. Эта работа была поручена ряду более мощных и скоростных компьютеров. С ростом бортовых технологий, стала прогрессировать технология загрузки и выгрузки данных в гараж. В свою очередь, компьютерные системы на заводах стали больше и быстрее.

В то время, как началось регламентирование использования вспомогательных технологий на автомобилях, спорт способствовал росту использования компьютеров в других областях. Было обозначено начало перестройки спорта.

В наши дни Формула 1 полагается на использование интернета для передачи всего – от телеметрии до телевидения – по всему миру, со скоростью, в десятки раз превышающей скорость обычного домашнего соединения.

В 1960-ых, когда электронные системы только начинали использоваться в Формуле 1, интернет еще не был изобретен; в 1969 ARPANET, первая крупномасштабная сеть, соединила четыре компьютера в университетах Америки. Эта сеть была настолько медленной по сегодняшним стандартам, что ей понадобилось бы более пяти часов, чтобы передать трехминутный музыкальный файл с одной машины на другую.

В 2018 вы можете передать тот же объем данных с трассы Гран При Австралии в McLaren Technology Campus всего за сотые секунды!

В связи с ограничением по количеству персонала, допущенного к присутствию на событиях, и количеству оборудования, которое может перевозиться по всему миру, сейчас команды инженеров на каждой базе имеют доступ к тем же данным, что и их коллеги на треке.
Данные о телеметрии передаются в реальном времени, когда машина находится на трассе, что дает инженерам возможность вместе работать над анализом собранной информации, а также делиться данными между фабрикой и треком. Скорость в этом процессе очень важна, чтобы собрать как можно больше полезных данных за короткие, но интенсивные тренировки, которые проводятся перед Гран При.

Компьютеры, используемые в современной Формуле 1 являются бесспорно одними из лучших.
Ультрапортативные лэптопы предоставляют инженерам доступ к данным, инструментам моделирования и анализа, которые необходимы для оптимизации производительности машины к следующему мероприятию. Высокопроизводительные рабочие станции дают возможность командам на базе быстро обрабатывать сложные модулируемые ситуации, с данными различных источников. Специальное программное обеспечение, такое как SAP HANA, позволяет инженерам обрабатывать тысячи кругов данных, осуществляя выборку информации, которая может помочь улучшить производительность машины гоночного уикенда.

Также, специально разработанные аппаратные кластеры – группы от десяти до сотни компьютеров, которые вместе работают над сложными математическими задачами – CFD системы, используемые для улучшения аэродинамической составляющей машины, а также для использования симулятора, который позволяет заниматься развитием машины, когда водитель находится не на треке.

В дополнение к физическим компьютерам все команды используют облачные вычисления: в отличии от традиционных машин, облачные компьютеры являются полностью виртуальными, работают они в массивных дата-центрах, расположенных по всему миру, а доступ к ним получается через интернет.

Когда команде инженеров необходимо решение сложной проблемы, или анализ большого количества данных, облако может предоставить тысячи этих виртуальных компьютеров, для быстрого решения задачи. Эта технология предоставляет огромную скорость и пропускную способность с вычислительными мощностями, не сравнимыми с компьютерами, находящимися на фабрике или на треке. Кроме того, через интернет могут быть организованы специальные соединения, что позволяет предоставить скоростную передачу данных между командой и облачными серверами, а также первоклассную защиту для чувствительной информации.
Инженеры Формулы 1 используют сложное специальное программное обеспечение, которое невозможно найти на домашних и офисных компьютерах.

В McLaren мы разработали свою собственную платформу для анализа данных и модуляции, которая дает каждому инженеру команды доступ к системным данным. Эта платформа объединяет доступ к огромному разнообразию данных, от машин на треке Гран При, до кругов, пройденных нашими тест-пилотами на симуляторе; от аэродинамических данных, сгенерированных в воздушном туннеле и до специализированных тестов оборудования для отдельных компонентов машины, например, сцепления, или тормозов.

В связи с тем, что все эти данные могут быть доступны одинаковым образом, новые исследовательские и аналитические инструменты могут быть легко разработаны для чрезвычайных нужд, которые могут появиться в быстро изменяющейся среде Формулы 1. Эта платформа также предоставляет крепкий фундамент для множества специализированных, высокопроизводительных приложений, предназначенных для специфических инженерных дисциплин. Виртуально каждая инженерная группа в команде – от тяги, тормозов и шасси, до гоночных инженеров – имеют свой собственный набор программных инструментов, который помогает им анализировать данные, которые являются наиболее важными для них.

Использование компьютеров в Формуле 1 изменило лицо спорта и внесло неизмеримый вклад в инженерный процесс разработки быстрых машин. Команды продолжают расширять границы технологий модулирования, разработки и анализа, и участвовать в гонках с правильно настроенными и оптимизированными машинами.

Формула 1, как и используемые в ней компьютерные технологии и программное обеспечение, развиваются с огромной скоростью, чтобы соответствовать постоянно изменяющимся задачам проектирования и инженерной разработки.