NVIDIA GPU 加速 Ansys CFD 空氣動力學模擬

Ansys 宣佈與 Volvo 汽車和 NVIDIA 達成開創性合作，通過 GPU 加速計算流體動力學（CFD）模擬徹底改變電池電動汽車（BEV）的開發。汽車行業正在迅速發展，BEV 處於創新的前沿。空氣動力學效率是影響 BEV 性能的最重要因素之一，影響能耗和續駛里程。為了突破車輛設計的界限，沃爾沃汽車等領先的汽車製造商依賴於高保真 CFD 模擬。然而，傳統的 CFD 模擬是計算密集型的、耗時的且昂貴的，阻礙了快速的設計反覆運算和優化研究。

Ansys 將 NVIDIA 技術與 Volvo 汽車相結合，利用 GPU 加速的 CFD 模擬大幅縮短計算時間，從而改變 BEV 開發的格局。通過將 NVIDIA Blackwell Superchip 集成到 Ansys Fluent 流體模擬軟體中，與在2,016個CPU內核和成本相當的硬體上運行的相同模擬相比，Ansys使 Volvo 汽車 EX90 BEV 模型的 CFD 模擬時間縮短了2.5倍。這一突破使工程師能夠減少空氣阻力並延長車輛續航里程，同時簡化產品開發週期。

 

GPU 加速 CFD 的強大功能

Volvo Cars 對創新的承諾需要先進的計算解決方案。高保真 CFD 模擬在理解和最小化空氣動力阻力方面發揮著至關重要的作用，這是 BEV 效率的一個關鍵因素。然而，依賴於數千個CPU的傳統模擬方法速度緩慢且佔用大量資源，幾乎沒有空間進行反覆運算設計改進。

為了克服這些挑戰，沃爾沃汽車和 Ansys 利用 NVIDIA 技術將 CFD 模擬總時間從 2016 個 CPU 內核的 24 小時縮短到僅 6.5 小時，其中包括 8 個 NVIDIA Blackwell GPU 的 5.5 小時和 CPU 內核的網格劃分時間，這要歸功於 NVIDIA GPU 加速的 Fluent 流體模擬和工作流優化。

“使用Ansys模擬有可能説明我們的團隊獲得有利的設計，並在比傳統方法更短的時間內執行虛擬測試，” Volvo 汽車 CFD 技術負責人 Torbjörn Virdung 表示。“為了提高我們的產品效率，我們必須首先評估我們用來實現這一目標的工具和解決方案。在這種情況下，Ansys Fluent 軟體的功能不僅可以讓我們執行極高保真度的分析，而且增加的 NVIDIA 基礎設施還可以增強計算能力，因此我們可以考慮更多的設計可能性，並更快地實現最佳汽車設計。

此比較基於兩個成本相當的硬體系統，展示了 NVIDIA GPU 加速的效率。這種顯著的時間縮短使工程師能夠每天進行多次模擬，從而加快優化過程並有助於實現尖端的空氣動力學進步。

 

NVIDIA GPU 加速 CFD 的主要優勢

NVIDIA GPU 加速 CFD 的主要優勢在於它能夠顯著減少模擬運行時間。更快的模擬可以縮短設計週期，從而加快 Volvo Cars 將節能汽車推向市場的能力。

該技術還通過高保真度捕獲複雜的流體動力學來提高模擬精度，這對於在 BEV 中實現卓越的空氣動力學性能至關重要。通過減少對物理風洞測試的依賴，沃爾沃汽車可以降低開發成本，同時簡化認證流程。最終，NVIDIA GPU 加速的 CFD 提高了產品開發效率，使 Volvo Cars 能夠優化設計、提高車輛續航里程，並在快速發展的汽車環境中保持競爭優勢。

當在不同的 CPU 和 GPU 配置上運行 benchmark 測試 DrivAer 250M 個單元的模型時，從我們的結果可以發現，兩個 NVIDIA H200 GPU 的性能比 4-CPU node 系統提高了 10 倍以上。

 

GPU 加速對汽車行業以外的重要性

除了汽車應用之外，GPU 加速的 CFD 有望改變依賴高保真流體模擬的多個行業。在航空航天領域，這項技術可以更便宜、更精確地對燃燒、燃氣輪機、外部空氣動力學和氣動聲學進行建模，使工程師能夠優化飛機效率並減少噪音排放。在能源行業，GPU 加速模擬提高了燃燒和燃氣輪機研究的準確性和速度，增強了發電系統的設計和性能。

 

利用下一代計算應對行業挑戰

在採用 GPU 加速模擬之前，汽車製造商面臨著阻礙高效車輛開發的幾項挑戰。傳統的 CFD 模擬依賴於數千個 CPU，需要過多的計算時間，這會延遲產品開發並限制設計反覆運算。工程師需要更快的模擬來測試空氣動力學配置，並在嚴格的監管和市場驅動的期限內改進他們的設計。與物理風洞測試相關的高成本和時間投資進一步加劇了資源緊張，使其成為快速設計驗證的不切實際的解決方案。此外，獲得高保真空氣動力學見解的機會通常僅限於專家團隊，這阻礙了整個設計過程中更廣泛的創新。如果沒有高效的優化工具，實驗設計 （DOE） 和參數分析等大規模研究需要很長時間才能實現，從而減慢了車輛空氣動力學和能源效率的改進。

通過將 Fluent 流體模擬與 NVIDIA Blackwell 超級晶片集成，沃爾沃汽車可以成功應對這些挑戰，從而顯著加快模擬過程併為空氣動力學優化解鎖新的可能性。工程師能夠在很短的時間內運行複雜的 CFD 模擬，使工程師能夠每天評估多個設計反覆運算，使大規模優化研究成為現實。這種轉變不僅促進了產品開發，還減少了對昂貴的物理測試的依賴。這導致了更快、更具成本效益的汽車創新。

 

 

高性能計算對於電動車開發的未來

GPU 加速 CFD 模擬的影響不僅限於沃爾沃汽車，還影響了更廣泛的汽車生態系統，併為 BEV 電動車開發樹立了新的基準。隨著汽車製造商努力提高效率和可持續性，高性能計算 （HPC） 解決方案正在實現下一代汽車設計。通過利用 GPU 加速模擬軟體，汽車製造商可以通過優化車輛空氣動力學來降低能耗、提高續航里程並提高整體駕駛性能。更快的模擬還使製造商能夠簡化開發週期，更快地將節能汽車推向市場，同時保持合規性和競爭敏捷性。

隨著汽車行業繼續向電氣化過渡，加速計算解決方案將在塑造未來汽車方面發揮更大的作用。集成 AI 驅動的空氣動力學分析和 GPU 加速類比，使高保真見解的訪問民主化，使各級工程師都能為創新做出貢獻。隨著 HPC 成為 BEV 開發的核心，汽車製造商可以加快邁向更可持續、更高效的移動出行未來，推動電動汽車的下一波技術進步。

 

參考資料：Ansys Blog

 

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