今年のアメリカズカップは、オラクル チーム USA がエミレーツ ニュージーランドのボート (上図) に対して驚異的な逆転劇を見せたことで記憶に残るだろうが、この競技でコンピューターが果たす大きな役割も記憶に残るはずだ。
チームは全長72フィートの双胴船カタマランでレースを繰り広げました。この船は、非常に繊細で精密に調整されているため、従来のヨットよりもF1レースカーに近いと言えるでしょう。荒波のサンフランシスコ湾で繰り広げられるこのレースは、観戦者にとってはエキサイティングなだけでなく、参加者にとっては危険なものとなりました。
ボートが水上に出るずっと前から、チームは高性能コンピュータを用いて設計の小さな変更をモデル化し、最大限の性能を引き出そうとしていました。コンピュータ支援設計ツールが果たす役割は、決して過大評価することはできません。
すべてはコンピューター上で
エミレーツ・チーム・ニュージーランドのテクニカルディレクター、ニック・ホルロイド氏は、18年間アメリカズカップレースに参戦してきた。最近のインタビューで彼は、その間、ニュージーランドは「ほぼ100%の実機テスト」、つまり風洞や水槽で設計変更をテストする方式から、今年の大会では「ほぼすべてをコンピューターシミュレーションで行った初めてのレース」へと移行したと語った。
彼によると、以前はチームは年に3、4回の「タンクセッション」を実施し、約24種類の船体設計をテストしていた。高性能コンピューターの導入により、今では同じ時間で300種類の設計を、より正確にテストできるようになった。
エミレーツ・チーム・ニュージーランド今年のボートクラスは非常に洗練されており、コンピューターが重要な役割を果たしたのも当然と言えるでしょう。双胴船には、軽量カーボンファイバー製のフレームで作られた、高さ131フィート（約41メートル）の巨大なウィングセイルが備わり、その厚さはキッチンラップの6分の1ほどしかないビニールシートで覆われています。
この帆には飛行機の翼のようにフラップが付いており、パフォーマンスを最大化するように調整されています。ボートが最も壮観なのは、各船体の中央から下がっている格納式キール、または「ダガーボード」で支えられ、空中に完全に浮き上がり、時速 50 マイルに近い速度で水中翼を滑走するときです。
ボートの調整
レースに向けて、チームは船体の形状や舵の大きさを変更し、その影響を数値流体力学でモデル化します。流体力学と空気力学のデータを速度予測プログラムに入力すると、変更が船の速度、傾斜角、その他の変数にどのような影響を与えるかが示されます。
「実際のタンクで作業する場合、船体の周りの波のパターンを観察し、ゲージから非常に正確な抗力数値を得ることができますが、あるモデルが他のモデルよりも優れている理由については何もわかりません」とホルロイドは語った。
コンピューターシミュレーションにより、船体の前部と後部のどちらで抵抗が大きいかといった詳細が明らかになり、さらなる最適化に役立ちます。その結果、今年の大会に出場したカタマラン艇は、当初想定されていた同クラスの艇よりも30～40%も速くなりました。
エミレーツ・チーム・ニュージーランドは、設計作業に6コアのIntel X5670 CPUを搭載したDell PowerEdge C6100サーバーのクラスタを使用しました。このシステムは576コアと1.2TBのRAMを搭載し、消費電力は約35キロワットで、当時「単一ラックに収容できる最大のシステム」だったとホルロイド氏は語っています。
エミレーツ・チーム・ニュージーランドチームは、英国ケンブリッジ大学のHPCでテスト実行を行い、最も費用対効果の高いアーキテクチャを見つけ出しました。彼らの2つの主要アプリケーションはCPUではなくメモリに制約があり、低消費電力のプロセッサでも十分であることが分かりました。
サーバーノード間の接続にはギガビットイーサネットではなくInfiniBandを選択し、ソフトウェアライセンス費用を抑えました。チームのベンダーの1社が「非常に非線形な」価格モデルを採用していたためだとHolroyd氏は言います。「そのため、少数のコアで多数のジョブを実行するよりも、少数のジョブを多数のコアで実行する方がコストが安かったのです。」
全てのチームは高性能コンピュータにアクセスでき、オラクルは自社のExadataシステムを使用してボートを設計したと広報担当者は語った。
ブレークスルー
コンピューターモデリングは、ニュージーランドチームに特に重要なブレークスルーをもたらしました。トーナメント優勝にはつながらなかったものの、シーズン序盤でそのアイデアを思いついたことが、ボートの設計を進める上で大きな助けとなりました。
今年のカップに選ばれたボートのデザインは、水中翼船としての機能を想定していませんでした。「水中翼船だとレースが簡単になりすぎて、セーラーの技術の重要性が薄れてしまうと考えたのでしょう」と、エミレーツ・チーム・ニュージーランドのビジネスマネージャー、ロス・ブラックマン氏は先週語りました。
しかし、ニュージーランドは、クラスのルールを守りつつ、ボートを水面から浮かせるダガーボードと舵の設計方法を初めて考案した。これは正確な計算と「膨大な量のモデリング」を必要とした変更だったとホルロイド氏は語る。6トンの双胴船が最高速度に近づくと、ダガーボードの「吸引側」の圧力が非常に低くなり、接触点で水が「沸騰」して蒸気が発生するとホルロイド氏は説明する。これが抵抗を引き起こし、非常に危険な状態となる。
ニュージーランドが自国のボートの水中翼船の作り方を解明した後、他のチームもそれに倣わざるを得なくなりました。その頃には、ニュージーランドチームはボートの他の部分にもっと力を入れることができたのです。
しかし、今年のレースは、誰が最も優れたボートを持っているかと同じくらい、緊張感と心理戦が重要であることを示しました。先週のある時点では、ニュージーランドがオラクルに7レースの差をつけており、あと1レースで勝利を収めるだけでした。ところが、オラクル・チームUSAは8レース連続で勝利し、アメリカズカップ史上最大の逆転劇を成し遂げました。
