デザインスピードがリードを取る：Trek BicycleはNVIDIA GPUを使用して開発された自転車でツール・ド・フランスに参戦する
Trek Bicycle uses NVIDIA GPU to develop bikes and compete in the Tour de France, leading in design speed.
NVIDIA RTXは、デザインに新たなサイクルをもたらしています。Trek Bicycleは、GPUを使用してデザインコンセプトを具現化しています。
世界最大の自転車メーカーの一つであるウィスコンシン州に本社を置く同社は、最高品質の職人技を持つ自転車を作り出すことを目指しています。新たなパートナーである国際小売チェーンのLidlと共同で、Trek Bicycleはサイクリングチームも所有しており、現在はLidl-Trekと呼ばれています。このチームは、Trek BicycleのフラッグシップラインナップであるEmonda、Madone、Speed Conceptを使用して、年次のツール・ド・フランスステージレースに出場しています。チームの多くのアクセサリーや装備、例えばホイールやロードレースヘルメットも、Trekで設計されました。
自転車のデザインには複雑な物理学が関与しており、主な課題は空力効率と快適性、走行品質のバランスを取ることです。この課題に対処するために、TrekのチームはNVIDIA A100 Tensor Core GPUを使用して高精度の計算流体力学（CFD）シミュレーションを実行し、快適に乗れて滑らかに操作できる自転車の空力性能において新たな基準を確立しています。
デザイナーやエンジニアは、Dell PrecisionワークステーションでNVIDIA RTXテクノロジーを使用してワークフローをさらに向上させています。これには、NVIDIA RTX A5500 GPUを搭載したDell Precision 7920や、RTX A6000 GPUを搭載したデュアルのDell Precision 7920も含まれています。
リアルタイムで自転車のデザインを可視化する
製品設計プロセスを開始するために、チームはユーザー調査から始めて早期のデザインコンセプトを生成し、様々なアイデアを開発します。それから、プロトタイプを作成し、必要に応じてデザインを繰り返します。
自転車のパフォーマンスを向上させるためには、乗る場面によって感じ方が異なる必要があります。そのため、Trekは選手と多くの時間を過ごし、ジオメトリやフレームの柔軟性、路面の凹凸に対する影響など、重要な変更箇所を見つけ出しています。
デザイナーたちは、Adobe Substance 3D、Cinema 4D、KeyShot、Redshift、SOLIDWORKSなどのグラフィックス集約型のアプリケーションツールを使用して、コンピュータ支援設計のワークフローを行っています。CFDシミュレーションでは、Trek Performance Researchチームはシーメンス・デジタル・インダストリーズ・ソフトウェアのSimcenter STAR-CCM+を使用し、GPU処理能力を活用しています。
NVIDIA RTX GPUは、Trekにとってデザインとエンジニアリングの大幅な進歩をもたらしました。可視化チームはRTXテクノロジーを簡単に活用して、より迅速に反復し、デザインのさまざまなオプションを表示できるようになりました。また、Cinema 4DとRedshiftをRTXと共に使用して、高品質なレンダリングを行い、ほぼリアルタイムで異なるデザインを可視化することも可能です。
Trek Bicycleのデジタルビジュアルコミュニケーション担当リードであるマイケル・ハモンドは、反復に時間をかけることの重要性について説明しています。「画像やアニメーションをより速くレンダリングできれば、改善をより速く行うことができます」と彼は述べています。「しかし、同時に、細部を失わないようにしたり、モデルを再作成する時間を費やしたりすることは避けたいです。」
RTX A5500の助けを借りて、Trekのデジタルビジュアルチームは創造的な限界を超え、最終的なデザインにより速く到達することができます。「平均的に、RTX GPUはネットワークレンダリング（CPUコア上で行われる）よりも12倍高速に動作します」とハモンドは述べています。「ネットワーク上で約2時間かかるレンダリングは、RTX A5500では約10〜12分で完了します。つまり、12倍の反復が可能であり、より短時間で高品質なレンダリングとアニメーションが行えます。」
CFDシミュレーションの加速
過去10年間で、CFDの採用はエンジニアや装置設計者にとって重要なツールとして拡大してきました。なぜなら、CFDを使用することで、設計ごとに時間と費用のかかる物理的なテストを行うことなく、改良を行うことができるからです。これがTrekがCFDを製品開発ワークフローに統合している理由です。
Trekの空力チームは、各自転車のパフォーマンスを最適化するためにSimcenter STAR-CCM+を頼りにしています。乗り心地を向上させながら最良の空力性能を実現するために、Trekのエンジニアは最新世代のMadoneにIsoFlowという独自の機能を使用しています。IsoFlowは、乗り心地を向上させながら空気抵抗を減らすために設計されたものです。
Simcenter STAR-CCM+のシミュレーションは、高速なGPUコンピューティングの恩恵を受けています。エンジニアは、128コアのCPUベースのHPCサーバーに比べて、NVIDIA A100 GPU上でCFDシミュレーションを4〜5倍高速に実行することができたため、シミュレーションの実行時間を85日間短縮することができました。
チームはまた、CFDによるより複雑な物理現象を分析することで、現実の不安定な条件下での空気の動きをよりよく理解することができます。
「より高い精度でより正確なシミュレーションを実行し、それでも締め切りを守ることができるようになったため、風洞試験の時間を短縮し、大幅なコスト削減を実現することができます」と、Trek Bicycleの空力リードであるジョン・デイビスは述べています。「GPU上でCFDを実行し始めてからわずか2か月で、シミュレーション結果への信頼性が高まったため、予定されていた風洞試験を中止することができました。」
Trek BicycleとGPUアクセラレーションされたSimcenter STAR-CCM+について詳しくは、こちらをご覧ください。
また、デザインとシミュレーションの未来を形作る最新の技術をご覧いただくために、8月6日から10日まで開催されるSIGGRAPHにぜひご参加ください。
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