A Red Bull Ford Powertrains está criando um motor de carro de corrida de F1 do zero

Os engenheiros estão prontos. O teste foi feito. O botão foi pressionado. Pise fundo! Depois de pouco mais de um ano de engenharia e criatividade, um novo motor para um carro de corrida de Fórmula 1 ganha vida.

Com a ajuda de um supercomputador em nuvem, a equipe que cria a nova unidade de força para o carro da Oracle Red Bull Racing em 2026 fez algo notável, projetando e construindo um novo protótipo de motor do zero em pouco mais de um ano. Na verdade, a equipe está criando uma unidade de força inteira: o motor, o turbocompressor e os sistemas híbridos.

A organização de desenvolvimento, chamada Red Bull Ford Powertrains, entende a grandeza desse esforço. Eles estão projetando e fabricando a nova unidade de força do carro de corrida para uso na F1, o auge do desempenho das corridas — e fazendo isso em menos de quatro anos. Para comparação, a maioria dos programas de desenvolvimento de motores automotivos leva quase o dobro do tempo para alcançar o mesmo objetivo. Além disso, eles começaram sem ter uma equipe de design de mecanismo, sem data center para executar simulações de engenharia e sem fábrica para criar tudo.

O elemento de computação foi fundamental para a velocidade de desenvolvimento deles. A Red Bull Ford Powertrains utilizou a capacidade de computação de alto desempenho (HPC) baseada em nuvem da Oracle para que pudessem começar a fazer simulações de engenharia sem construir um grande data center. Usar a infraestrutura de nuvem para executar esse nível de trabalho computacionalmente intensivo pode economizar tempo e dinheiro consideráveis. Como aconteceu com a Red Bull Ford Powertrains, a computação de alto desempenho baseada em nuvem permitirá que muitas pessoas e organizações de outras indústrias realizem feitos deslumbrantes de engenharia e design.

A Red Bull Ford Powertrains está projetando e construindo a nova unidade de força a tempo para a temporada 2026 de F1, que inaugura um novo design de motor híbrido e requisitos de combustível sustentável. Embora a equipe agora tenha um protótipo funcional do motor de 2026, ainda há muitas iterações e desenvolvimentos por vir antes que seus descendentes cheguem à pista, sem mencionar milhares de horas de testes de equipamento para assegurar a confiabilidade. E com a Oracle Red Bull Racing, a equipe campeã defensora do Campeonato de F1 de 2022, há apenas uma medida definitiva de sucesso: o primeiro lugar no ranking de pilotos e equipes.

“A Red Bull vai marcar todas as caixas necessárias para entregar uma unidade de força que possa ganhar um campeonato”, diz Matt Cadieux, que, como CIO da Oracle Red Bull Racing, lidera a equipe de computação por trás do trabalho. “E isso é emocionante, desafiador e estressante.”

Contrate talentos e equipe-os com ótimas ferramentas

A decisão da Oracle Red Bull Racing de construir sua própria unidade de força começou quando a antiga fabricante de motores da equipe, a Honda, anunciou sua aposentadoria das corridas de F1 em 2021. Após discussões iniciais com vários fabricantes, a Oracle Red Bull Racing decidiu fazer algo inédito: projetar e construir sua própria unidade de força, em vez de comprar uma de uma fabricante de motores estabelecida. Eles logo fizeram uma parceria estratégica com a Ford Motor Company, que contribuirá com sua grande experiência em desenvolvimento de veículos elétricos, controles e tecnologia de bateria para apoiar o programa de desenvolvimento.

Tomada a decisão, o trabalho começou. A Red Bull Ford Powertrains contou com engenheiros especializados, colocou instalações de pé para construir e testar motores e outros componentes e colocou em prática a potência computacional necessária para executar os modelos sofisticados e as simulações de engenharia necessárias para otimizar a unidade de força, sem deixar de atender aos requisitos exigentes da F1.

Os engenheiros e designers da Red Bull Ford Powertrains estão utilizando clusters de computação de alto desempenho na nuvem para simular possíveis designs para o novo motor para ambas as equipes de propriedade da Red Bull (Oracle Red Bull Racing e Scuderia AlphaTauri).

As cargas de trabalho, que são hospedadas na Oracle Cloud Infrastructure (OCI) em um cluster de servidores em bare metal, tem como foco as iterações repetidas de modelos de fluidodinâmica computacional (CFD) para informar alguns dos designs mais complexos dentro da parte do motor de combustão interna da unidade de força. Isso inclui a simulação de padrões de pulverização de combustível, desempenho de combustão e como a forma do interior de um cilindro pode afetar e otimizar esses padrões para oferecer o máximo desempenho.

Os membros da equipe constroem modelos matemáticos detalhados do carro, definem um conjunto inicial de valores para as diversas variáveis e, depois, executam uma simulação. Com base na análise dessa simulação, os engenheiros ajustam o modelo ou alteram alguns dos valores e executam a simulação novamente. Várias vezes.

As montadoras e outras empresas que fazem uso intensivo de engenharia têm seus próprios ambientes de computação de alto desempenho, mas construir e equipar um novo data center on-premises levaria muitos meses — perdendo um tempo precioso e atrasando o início do trabalho de design. Em vez disso, usando a OCI, a Red Bull Ford Powertrains conseguiu começar imediatamente. Além disso, nos primeiros dias, a configuração ideal do sistema para maximizar o desempenho da simulação não estava finalizada. O uso da OCI deu a eles a flexibilidade de avaliar diferentes formas e configurações de computação.

“Conseguimos testar combinações de hardware e software e diferentes formas de HPC sem ter que comprar hardware, tirá-lo das caixas, colocá-lo em racks, conectá-lo à rede, carregar o software”, diz Cadieux. “Tudo isso é super demorado.”

Decidir desenvolver uma unidade de força é um grande salto para uma organização nova como a Red Bull Ford Powertrains. Ao fazer isso, eles estão enfrentando fabricantes rivais que têm décadas de experiência em F1. No entanto, enquanto a equipe de engenharia sente a pressão para fazer um bom trabalho, eles também sentem o apoio. A missão é clara, e eles têm a infraestrutura de computação e outras ferramentas em vigor. Cadieux diz que essa abordagem se enquadra na filosofia da Red Bull.

“Se você dá a um grupo muito talentoso de pessoas as ferramentas para fazer o trabalho, você está preparando elas para o sucesso e dando asas à imaginação, inovação e capacidade dessas pessoas para vencer”, diz ele.

O que os designers de motores da Red Bull estão fazendo

A cada poucos anos, o órgão diretivo da F1, a Fédération Internationale de l’Automobile (FIA), revisa as especificações do carro do Campeonato da F1. Essas especificações abrangem muitos fatores, incluindo a forma e o peso do veículo, o equipamento de segurança etc. A FIA também pode mudar os regulamentos sobre a unidade de força, o que acontece com menos frequência devido à longa e cara jornada de desenvolvimento. A última grande mudança de regulamentação nesta área ocorreu em 2014, e a unidade de força de última geração estreará na temporada de 2026.

Um motor campeão de F1 precisa queimar de modo eficiente todo o combustível injetado no motor para obter o desempenho máximo. Declan Ward, engenheiro sênior de simulação de desempenho da Red Bull Ford Powertrains, explica como ele executa análises detalhadas e modelagem 3D para garantir que o sistema de entrada de combustível vaporize e misture o combustível da maneira certa e pulverize a quantidade certa de combustível exatamente no local certo para combustão.

“Você quer garantir que todo esse combustível esteja disponível quando se trata de combustão para cada ciclo em cada cilindro”, diz ele. “Talvez se perca um pouco de combustível com um evento de injeção equivocado ou padrão de pulverização no sistema de escape.”

Como os designers da Red Bull utilizam computação de alto desempenho

Embora as especificações de um carro de corrida de F1 sejam intensamente detalhadas, ainda há muitas outras decisões que influenciam no design de uma unidade de força, como a escolha dos materiais (aço, titânio e ligas de alumínio são permitidos em vários lugares), taxas de queima do combustível, lubrificação, sistema de escape e muitos outros fatores.

Os engenheiros da Red Bull Ford Powertrains utilizam a OCI para executar vários pacotes de software de fluidodinâmica computacional para o trabalho de design e simulação para avaliar essas variáveis. Um deles é o CONVERGE, um pacote de CFD popular da Convergent Science que contém configurações para motores de combustão interna, injetores de combustível e sprays, escapamentos e outras áreas de interesse para designers de F1. A equipe usa o CONVERGE para termodinâmica, combustão do sistema de entrada, sistemas de escape e simulações de conversão de combustível.

A equipe também está usando o Simcenter STAR-CCM+ da Siemens para CFD para o design e a simulação de turbocompressores.

Quando se trata de executar software que faz uso intensivo de matemática, como o CFD, a velocidade importa, por isso é importante ter o hardware mais recente e escolher os processadores certos. Quando a OCI migrou a equipe para a última geração de processadores em dezembro de 2022, o desempenho cresceu em 10%. Do ponto de vista do cliente, implementar atualizações de hardware na OCI é um projeto muito mais fácil do que fazer isso em um data center on-premises.

A OCI também permitiu que a Red Bull Ford Powertrains investisse apenas na capacidade de computação necessária, em vez de fazer um grande investimento inicial nos primeiros dias do programa de engenharia, quando os requisitos ainda estavam evoluindo. Quando eles iniciaram este trabalho em meados de 2021, diz Cadieux, a computação era de pequena escala. Mas desde que mudaram para um novo prédio no Red Bull Technology Campus, a equipe empreendeu uma grande campanha de recrutamento. “Começamos usando um número relativamente pequeno de recursos de computação da OCI”, diz ele. “Mas conforme a equipe começou a crescer, conforme a sofisticação do modelo começou a crescer, conseguimos provisionar mais recursos da OCI com mais rapidez e facilidade para acompanhar as crescentes demandas. A OCI deu à equipe a agilidade necessária, além de um modelo financeiro em que pagamos apenas pelo que era necessário.”

Vantagens da simulação de mecanismos na nuvem

“A cultura da Red Bull é trazer as pessoas certas e capacitá-las com as ferramentas certas. Abordamos a motorização com esse tipo de mentalidade aberta — encontramos a melhor tecnologia para que pudéssemos dar ao nosso pessoal as melhores ferramentas para o trabalho. É o jeito Red Bull.”

Criar um cluster de computação de alto desempenho é mais complexo do que seguir uma receita padrão; o cluster pode incluir centenas de servidores, cada um com CPUs e GPUs de vários núcleos, memória, cache, armazenamento e interconexões de alta largura de banda entre os chips e entre os servidores. A equipe da Red Bull Ford Powertrains conseguiu aproveitar as relações existentes da Oracle com os provedores de software de simulação para ajudar a determinar os processadores, GPUs e memória ideais para cargas de trabalho específicas.

A criação de um cluster HPC on-premises requer um vasto inventário de diferentes tipos de hardware, bem como a mão de obra manual para reconfigurá-los, reinstalar e ajustar o software. Mas usando o conhecimento que a Oracle e os provedores de software já tinham sobre a OCI, os engenheiros da Red Bull Ford Powertrains “puderam convergir rapidamente para o ponto ideal de alto desempenho”, diz Cadieux.

E uma vez que os engenheiros se estabeleceram nesse ponto ideal, a equipe começou a executar configurações de cluster de HPC em nível de produção em cerca de uma semana. “Para nós, teria sido um mês de trabalho com pessoas desembalando uma montanha de hardware, conectando tudo, criando imagens”, diz Cadieux. “Em vez disso, aconteceu de forma mágica na Oracle Cloud e não tivemos que pensar nisso.”

Ganhar a corrida

Desde de meados de 2023, a Red Bull Ford Powertrains está modelando, projetando, simulando e testando, repetidamente, para concluir um design de unidade de força e fabricá-lo para a temporada de 2026.

“Somos David contra Golias nas unidades de forças da Fórmula 1 porque estamos indo contra o poder dos OEMs”, diz Cadieux, referindo-se aos fabricantes de motores estabelecidos para equipes de corrida.

Equipada com o melhor software de engenharia em execução na computação de alto desempenho da OCI, a equipe da Red Bull Ford Powertrains aproveita o desafio.

“A cultura da Red Bull é trazer as pessoas certas e capacitá-las com as ferramentas certas”, diz Ward, engenheiro de simulação. “Abordamos a motorização com esse tipo de mentalidade aberta — encontramos a melhor tecnologia para que pudéssemos dar ao nosso pessoal as melhores ferramentas para o trabalho. É o jeito Red Bull.”

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