http://bak1.beareyes.com.cn/2/lib/200608/27/20060827021_0.htm
智慧、速度、激情、理想 F1和Intel共同走过50年
|
||||||
|
第二次世界大战后的50年代，百废俱兴，在摆脱战争的阴霾后，人类天生的不断挑战自我、挑战极限的创造性精神又开始闪耀火花——许多新事物、新思想、新理论纷纷在这个年代面世。其中，人类追求地面物理速度和操控极限的F1赛车世界锦标赛和开启计算机时代纪元的集成电路都不约而同选择这个年代开启历史征程。
所谓F1即Formula One的缩写，是指对赛车汽缸容量等指标在一个共同的方程式限制下进行的比赛，想要单纯靠加大发动机排量、减轻车身重量等手段在F1赛场是行不通的，所以F1在当时是公认对赛车工程技术、设计手段、财力以及人类驾驶技巧和勇气的极端考验。尽管在1950年的国际汽联在英国的银石赛道举办的F1世界锦标赛算不上是第一个采用Formula One限制的比赛，但她作为首个世界范围内包含6个欧洲大奖赛的Formula One规则比赛，开启了一级方程式（Formula One）的新纪元，所以从现代F1历史上都把1950年的F1世界锦标赛视为现代F1 赛事的开端。
首次引入流线型车体的奔驰W196
早期的F1大奖赛延续1947 FIA制订的规则，搭载 4.5L非涡轮增压或 1.5L涡轮增压发动机，到了1954年采用了最大排量为 2.5L非增压发动机或最大排量 0.75L的增压发动机的新规则。由于对于发动机限制愈加苛刻，F1赛车性能提升也非常快，车厂们也开始注意通过其它方式提升赛车的性能、操控性和安全性，1954年梅塞德斯首次在F1赛车上引入了流线型车身设计，减少赛车的风阻；1956年Vanwall则首次在F1赛车上安装了碟式刹车改善了赛车的制动能力；而1959年Cooper-Climax赛车首先采用了后置发动机的设计，是F1历史上的一次技术革命。
进入60年代，F1的规则又进行了修改，最终确定为1500cc带有压缩装置或者3000cc无压缩引擎，最小重量 500公斤的限制指标。赛车各种技术改进也是络绎不绝。1962年许多新技术引入到了F1赛车，更轻的单体结构车架、赛车前部空气动力学投影面积缩减、燃油喷射、以及直径更小的方向盘等，同时也催生了新的赛车王者，60年代的F1赛场被最初的几年被Lotus25统治。
1965年BRM车队启用的首部四轮驱动赛车，使用了Honda的12缸发动机，轮胎也变得更为宽阔低矮。J.Clark驾驶着她所向披靡，赢得了本年度七站中的六站冠军，不过因为66年方程式改革，所以该车实际只在F1跑道上出现了一年。
1968年是F1发展历程中不可磨灭的一年，空气动力翼和扰流板被首次引入了F1赛车，即赛车的空气动力学设计也成为一门学问，不过由于早期的缺乏空气动力学计算理论，在60年代末由于风翼撕裂还引发过一些事故，大家在一起讨论限制风翼的尺寸、结构以及离地间距。同时在六十年代末，Lotus, Matra 以及McLaren都开始恢复了对四驱赛车的实验，因为权衡四驱带来的好处和增重、复杂性后，大家都放弃了开发。
1968年出现的发动机怪兽，BRM H16 16缸发动机，把两个传统8缸发动机背对背组合
COSWOTH的梦幻赛车，也是使用4WD，不过复杂的设计使得车体看上去笨重许多
和F1传承汽车工业近半世纪的发展相比，50年代末集成电路的发明也同样吸取着前人的研究遗产，在在此期间，半导体产业在探索中前进。1959年在前人发明晶体管并开始大量商用的基础上，晶体管发明人肖克利的弟子诺伊斯和同门师兄基尔比发明的集成电路冥冥中已经开启了半导体产业的新纪元。同时，作为更具商业价值的平面工艺集成电路的发明人诺伊斯，让半导体产业一举从“发明时代”步入“商用时代”，冥冥中一家足以改变世界产业格局的半导体企业已经在诺伊斯憧憬形成，人们已经嗅到了日后处理器巨人Intel种子萌动的气息。在近十年后的1968年，格鲁夫、诺伊斯和摩尔共同创建了Intel公司，只不过公司当时的主营业务是半导体存储器，而日后开创微处理器产业还是进入70年代以后的事情。
在50—60年代，计算机从电子管时代进入晶体管时代，微处理器还未面世，晶体管计算机和超级计算机造价高昂，美国国防部、宇航局和人口调查机构才是能当时主要消费者，汽车工业并不知道这些用电的计算机能为自己带来什么益处，此时F1赛车的设计和改进主要是依靠人工设计，更依赖于设计师的经验和能力，不过历史的轨迹已经注定这两项伟大的事业会在未来碰撞出惊人的推动力！
F1的赛手们在挑战速度极限的同时，也是在和死神赛跑，60年代的一系列赛道事故使安全问题在70年代的F1赛事中得到了异常重视。1973年，打破50年代车手Clark创造的25个冠军后，Stewart退隐车坛并且领导掀起了F1历史上第一次“安全革命”。这次安全革命使F1的赛车、赛道和车手装备等，都从安全角度进行了审查，论证，改进。另外70年代F1赛事也开始通过电视传媒进行转播，从而把F1比赛的现场画面送入千家万户，给F1的发展注入了新的生机，F1的商业运作逐渐成熟起来。
70年代的F1赛车也历经了若干技术革新，已经具备了现代F1赛车的雏形，70年面市的Lotus 72开创性的应用了扁平的车首设计，两侧散热风道设计，已经和现代的F1有八成相像了。
第二年又是Lotus在Lotus 56B上引入了F1历史上第一部涡轮发动机，不过由于该车超重的地盘和制动系统动力损耗控制问题，该车当年成绩并不理想。
1974年由菲亚特集团支持的Ferrarithe 车队推出了使用横置变速箱以及平置式V12发动机的312T ，经过近一年的磨合，在次年成为首个使用的V12发动机的夺冠坐驾。
在1975年Fittipaldi 发布了全新的FD-01与之竞争，使用了全覆盖地盘以及侧部排气设计。
1977年，Lotus 79把F1进入”Wingcar”时代，大型车体包围开始出现（赛车前端飞翼），该车出现的当年就统治了整个赛季。为了对抗Lotus 79，新的赛季，Brabham 推出了尾部带有巨大风扇的BT46，能产生类似Lotus 79空气动力学设计外形一样的地面效应，除了一场胜利外，这部设计被Ｆ１官方认为属于附加空气动力设备而禁止了。
1977年，F1还出现了又一次的技术革新。雷诺车队引入了涡轮增压式引擎。F1从此出现了涡轮增压式与自然进气式发动机并存争霸的局面，直到1988年涡轮增压发动机被禁止。
当然７０年代的Ｆ１赛车也出现了一些异类，１９７６年也Tyrrell 推出的六轮Ｆ１赛车就是７０年代的一个奇迹，过于复杂的驱动装置和机体重量使得控制方面的正面作用效果甚微。
在Ｆ１赛车运动走向成熟期的同时，半导体尤其是为处理器产业也爆发了，而Intel公司在Andy Grove的一声令下后公司从存储器向处理器转型拉开了这场爆发期的序幕。当时，一家名为Busicom的日本公司找到Intel，希望Intel为其计算器设计芯片。就这样世界上第一块４位芯片4004引领着Intel跨入了微处理器行业。因发明微处理器，Intel公司的霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。
1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器），其中4004（上图）包含2300个晶体管，尺寸规格为 3mm× 4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。
1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS。
就在当年，微处理器产业的“一级方程式”诞生了，那就是至今乃至未来依旧有效的摩尔定律——晶体管的密度每过18个月就会翻一番。
以后的处理器历史就在半导体“一级方程式”的魔力下，Intel在以后的日子里保持着这种对速度的执著和不断地自我超越。在70年代后期，Intel又发布了8086和8088两款产品。1978年6月推出的8086微处理器主频4.77MHz，采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管，标志着第三代微处理器问世。同样在1年之后，Intel推出了8086的简化版8088，是一款4.77MHz准16位微处理器8。它在内部以16位运行，但支持8位数据总线，采用现有的8位设备控制芯片，包含29000个3微米技术的晶体管，可访问1MB内存地址，速度为0.33MIPS。
受限于当时微处理器的处理能力，计算机能够帮上的提高赛车成绩的能力还很有限，但是在70年代末已经出现了现代CAD系统的雏形，计算机可以表达二维几何图素，部分替代设计师传统的草图流程，加快了新赛车车型推出速度，不过当时硬件支持系统的价格昂贵，不是每个车队的上游车厂都有财力实施CAD的应用。不过每个车厂都看到这是一种趋势，设计师们都在渴望能有强大运算能力处理器出现来让他们在赛车设计、制造流程上领先对手！
但赛车技术的竞争从未停止，1981 FIA决定禁止大包围结构，于是导入了车底离地距离不能小于６０ｍｍ的规定。但是Brabham工程师们很快就找到了对策，发明了一种计算机控制的液压悬挂系统，能够在高速时降低离地间隙，但是在停车或者慢行时又恢复了高度。然后基本上所有车队都采用了这样的方法，这也是计算机作为直接部件首次进入到Ｆ1赛车内部。同年，Lotus 88这款双龙骨底盘设计赛车的出现。
1982
1982年出现了很多赛车技术的革新，碳纤维替代了铝合金成为底盘、刹车以及风翼的材料。新的最小重量 580kg车重限制也随之而来。
1983
FISA的新规定断绝了风翼赛车的后路，所有的赛车设计以后都只能使用空气动力车身产生向下稳定力。同时，几乎所有车队都装备了涡轮增压发动机，而赛车的费用也与日俱增。在该年Williams引入了采用Honda涡轮增压发动机的 FW09 车型。
1984
新的规则又接踵而至，限制赛车的邮箱容积不得大于 220 升，但是这没有难倒车队，他们开始使用冷冻的固体燃料，这样能比液体邮箱多带 15升。尽管如此，车手们也不得不降低涡轮压力来省油，来保证跑完全程。而电子控制设备的革新也开始在赛车上显示威力，当时的最主要应用就是发动机的电子喷射（也就是我们现在说的电喷）。
1985
这个赛季我们同样带来一些技术革新，新的规则产生了地盘前端碰撞试验，新位置的尾翼设计。同时FISA禁止了冰冻固体的燃料和行进间加油，完善了 220升油箱限制。于是个个车队只能通过电子化控制手段来控制油耗，降低涡轮增压得压力级别调整燃料混合状态等。在安全和比赛精彩的双重要求下，一项重要的革新被采用，就是自动测量纪录系统，可以纪录赛手的操作过程。
1987
在这一年出现的Brabham-BMW BT55 是一部代表未来趋势的赛车，具有更为低矮和修长的车身，发动机倾斜安装，同时还使用了一个特别的变速箱，这些设计经验都被后来著名的无敌赛车 McLaren 1988继承。
在1987年一项伟大的革新被Lotus引入，就是一年四季都适用的主动悬挂系统，紧接着Williams也发布了自己的主动悬挂系统，大大提高了赛车的适应性。
1988
1988年F1的规则再次更改，涡轮增压发动机的增压被降低到2,5 bar, 大家都认为这样的指标有利于自然进气和涡轮增压发动机的公平竞争，但没人聊到McLaren 和Honda 创造出一台功率和消耗完美的新型号，也就是McLaren 1988，当时唯一有抵抗能力的也只有新款的March 881,使用了高前机鼻和优异的空气动力学车体设计。
1988
1989年涡轮增压发动机被请出了F1赛场，人们期待着一场更为比赛会更加激烈，车队也力图在除去动力外因素上有所超越，Ferrari的技师推出了革命性的Barnard model 639，它是F1历史上第一部能够通过方向盘上换档杆进行变档的车型，配合全新的7速变速器，使得操控性领先对手。但是McLaren和Honda再次给人们带来的惊喜，一如既往的快速车型弥补了操控上的缺憾。此外，这一年也是F1的车队数量大大增加，也首次引入了预先资格赛解决问题，在上一年赛季中没有拿到分数的车手必须通过资格赛决定晋级，当年只有资格赛胜出的前四名车手可以被准许进入正式比赛。
回顾整个80年代的F1赛车，在一级方程式在车辆性能、规格一级安全性等方面的要求愈加苛刻，赛车工程师们开始通过电子化手段来优化设计，增加赛车优势，计算机控制的主动悬挂地盘、计算机控制的电喷装置、计算机主导的监控分析技术开始大行其道，而所有这一切的前提是半导体技术主导的电子技术的大跨步前进。
如同Mclaren车队统治着80年代的F1赛场，Intel也主导着80年代微处理器技术的进步，而IBM PC以及后续的兼容机厂商的出现，使得个人电脑时代来临，微处理器随着PC走进了千家万户，也更频繁的出现在了F1赛场。
1981年8月12日，IBM PC横空出世，开创了个人电脑新纪元，而IBM PC中频为4.77MHz的Intel 8088处理器和微软公司MS-DOS操作系统组合预示着两家计算机产业未来巨人的诞生。
继续遵循摩尔定律方程式，Intel于1982 年2月发布了80286处理器，就是我们俗称为286电脑。时钟频率提高到20MHz，并增加了保护模式，可访问 16M内存，支持1GB以上的虚拟内存，每秒执行270万条指令，集成了134000个晶体管。
上面这枚处理器可能不会在Intel的正史中出现，不过从他的型号可以看出这是Intel针对于浮点密集型应用推出的产品，而CAD计算机辅助设计就是其中的代表，实际上这是一枚去掉486DX中8KB cache的产品，而封装针脚兼容386DX，软件把它看作是附带浮点协处理器的386DX，这也是Intel产品线中最后一款出现协处理器概念的产品，后续的产品强大的浮点性能也成为必备的元素。
此时的F1设计已经开始已经开始了以数学模型为基础的设计方法，展现赛车三维模型的CAD软件的应用，缩短了赛车开发流程和费用，同时也开始初步尝试用空气动力学模型找到风阻最小的外形，赛车工程师们渴望拥有更强大的计算能力，而以Intel公司为首的处理器业者们也在不断挑战自我，推出性能更强大、更快速的处理器产品！
90年代的F1，是科技飞速发展的时期，而F1赛车的基本结构已经比较稳定，F1规则方程式也也相当完善，大家都在细微之处见功力，不断在空气动力学车体、发动机效率和重量、电子控制系统以及安全性上改良。1993年，Prost最后一个车手总冠军年里，他驾驶的Williams-Renault赛车是F1有史以来最先进的赛车。赛车装备了轮胎反抱死系统，循迹控制系统还有电子控制的悬吊系统。
牵引力控制也是90年代引入F1的概念，当时的F1赛车发动机功率已经非常强大，而赛车必须面对的是满油加速时轮胎打滑造成的牵引力损失和加速性能降低。新的牵引力控制系统就是来解决这个问题的，当然这少不了电子计算机的功劳。在F1赛车上的动力后轮和前轮都有测速传感器，它们把感知的速度参数传回到计算机进行比较，当两者速度大于一个差值时，计算机就认为轮胎发生了打滑，牵引力损失，在数毫秒内开启牵引力控制，降低发动机输出，消除了打滑现象。而F1赛车本体只有500多公斤，使用的发动机则高达800马力甚至更高，比起民用汽车一吨重量配备100到250的配置来说，F1对牵引力控制响应时间要求更高。
前翼、尾翼和车鼻设计也是一台F1赛车最具个性的话的设计，90我们看到了侧式扰流板（1991），全抬升式车鼻设计（1991）,以及上翘式前翼，线控节流阀（1992），电子控制离合器（1995），更好空气动力学设计的Y型龙骨（1998），电子制动力分配（1998）因为F1方程式规则的日益苛刻，在增加翼板带来的下压力等好处的同时，翼板、车轮、车体等对气流的相互影响变地日益严重，强大的计算机系统能让工程师创造性的改造很快的得到科学的验证，使得赛车各个部分综合化一体设计。
使用全抬升式车鼻设计的Tyrrell 019
Schumacher在2000年帮助Ferrari车队拿回久违冠军的赛车F2000
90年代其它较为重要的规则改变和技术进步有：
1994
处于安全考虑，用于提高车速的驾驶辅助设备（牵引力控制，防抱死刹车，全自动变速箱）被禁止；四轮转向技术被禁止；减少下压力提供（更小的前翼，扩散器变短，变流板被禁止）；
1995
引擎排量从 3.5升减为 3升；底盘必须超出车手脚部 30cm（之前为 15cm）；正面撞击试验速度提高到 12m/s，撞击试验之后变形要集中在鼻翼范围之内；强制要求当引擎熄火之后，车辆自动挂入空档；阶梯状底板设计产生；减低前翼高度和长度；后轮上方不得出现翼片等空气套件；尾翼最大高度下降 10厘米。
前翼厚度要求大于 10毫米，以防止轮胎可能对赛车前部造成的损害；赛车逃生单元中安装数据收集器（黑匣子）；座舱侧面高度被加高；侧头垫强制要求 75mm；座舱两侧必须通过静止状态下的承重测试；尾部小翼尺寸被缩小。
FIA事故数据收集器（ADR）安装在所有的赛车上；吸能设计引入变速箱领域；后撞试验开始被引入；撞击试验结论中必须显示方向盘，车架的吸能状况；禁止使用尾部小翼以及车体中部的翼片；悬挂的设计必须防止事故时轮胎撞击到车手并且提供120度的衔接角度防止事故时轮胎脱离。
宽度从 2米缩减为 1.8米；必须使用带有沟槽的干地轮胎；强制使用单球胆设计油箱；加油舱口必须加盖；座舱尺寸加大；侧头垫范围被延展到了方向盘两侧；后视镜尺寸从5X 10cm加大到5X 12cm；翻滚试验引入；逃生单元前部冲击区域被加大；侧撞测试速度提高（能量为原来测试的两倍）；座舱前移 200mm。
不对称刹车比设计被禁止；车队私人测试也必须使用FIA的事故数据记录仪（ADR）技术里程碑。F1赛车在上世纪末虽然不再有大刀阔斧的构架改变，但是细枝末节的完善和修改带来的是更高的要求，而在IT领域，Intel不再满足于为商用、政府以及科研机构提供处理器，而PC真正的目的是要普及到千家万户，于是在多媒体性能、3D处理为目的的Pentium奔腾体系构架诞生了，而从给个人电脑带来翻天覆地的变化，直至今天，我们都对奔腾处理器诞生后对整个世界发生的影响仍旧值得我们回味，以往只能在数十万美元的小型机、大型机上实现的3D动画制作，服务器应用等现在对于个人来说也不再是遥不可及！
1990年，Intel发布了第一个移动低功耗微处理器Intel 386SL，预示着笔记本电脑巨大的潜在应用和广阔的市场前景，此后每当Intel发布新的处理器都会有相应的移动版本，直到PM和P4进行两条腿策略。
Intel于1993年3月推出奔腾（Pentium）处理器，是当时Intel面临RISC简单指令处理器性能挑战时的回应，Intel创造性的将RISC思想和传统CISC相结合，在性能接近主要的RISC CPU的前提下兼容80x86，继承了长期积累下来的价值约500亿美元的庞大软件资源。RC之战的结果是Intel inside牢牢把握住PC市场，RISC仅开结出了APPPLE的一家果实，直到今年也回归了Intel阵营。
同年 11月1日，Intel推出Pentium Pro微处理器，采用了一种新的总线接口Socket 8。新的处理器对多媒体功能提供了很好的支持，开始向RISC处理器的传统阵地服务器领域进攻。
1997年Intel 发布Pentium II处理器，其性能与Pentium II不相上下，因而获得了极大成功。同为Intel竞争对手的Cyrix则因为境况不佳，被美国国家半导体公司收购。
1999年1月，Intel推出奔腾III处理器，其身份代码可通过Internet读取。同年10月，在微处理器论坛会议上，Intel宣布了代号为麦赛德（Merced）的处理器的正式名称Itanium（安腾）。
随后21世纪的头几年，Intel基于netburst的P4处理器仍旧延续着奔腾的辉煌！
时至今日，F1和IT技术从来没有这么密不可分过，现代一辆完整的F1赛车通常有超过5000个零部件，其中包括一颗小小的螺丝钉，又或者一个完整组装好的电子仪器组件。其中大约3500个零件会在赛季中做出修改,这是多么惊人的更新速度啊！就像费舍尔说：“赛车总是处于不断的改进中，因为总有一些东西让我们可以把赛车改进得更加完美。新的创意和实施速度和车队是否取得好成绩息息相关。据了解，光光为了一辆F1赛车的底盘的设计就需要总计25万小时的时间，而打造一辆新款赛车则需要又一个25万小时。又譬如在宝马在06新赛季战车FW27赛车的设计阶段，光设计图纸就有4500张，在整个赛季的进行的同时，又产生了大约4000张的图纸。每年威廉姆斯车队都要生产出大概20万个零件。想象一下如果还如同上世纪50年全凭人工和经验达成，这几乎是不可能完成的任务。
现代F1赛车的设计过程，经过试运行的零件以及经过验证的某些设想会像拼图一样一步一步地被添加到电脑模拟中。通过计算机辅助设计软件（CAD）人们可以进一步进行调整。经过高精度的计算，人们可以运用特殊的软件描绘出新软件以及新款赛车的精确3D图像。 其它的一些软件系统譬如电脑模拟流体动力学软件（CFD）就可以模拟出赛车在风洞中的表现以及不同环境下各种不同因素对赛车的影响。在一个赛季中，本赛季的成绩和数据会作为设计来年新车的参照物。如果某个零件的整体设计已经完成并且在样车上进行过测试，那么这样的信息就会反馈到计算机辅助制造（CAM）软件当中。在CAM软件的帮助下，几乎所有零件都全采用自动化加工的成品。
在研发制造的同时，对于赛车测试，数据收集也是必须的，如今几乎每一部F1赛车上都装备了先进的数据采集系统，在三百多公里时速下将所有运动中发生的数据发射到车库，再用无线发射到车队的总部分析，然后结果反馈到赛车上，调整车况，赛车就像一部极速无线发射接收机计算机。
同时，各个车队的技术分部也不约而同地将全年的工作中也分为三个部门：一个部门专门负责正在参赛的赛车，一个部门负责改进现有的赛车，另外一个部门则负责开发下个赛季的新款赛车。最佳的切入时机一般都是在赛季刚刚结束的时候。此时人们通常会逐步在旧款赛车上做一些小改动，这样原赛车的稳定性不会发生太大的变化。经历了试运行和风洞检测之后，新赛季开赛前的两个月是新款赛车的最佳测试期。这期间整个车队的目标就是在保持新款赛车的稳定性的同时让它跑得更快。在新赛季揭幕之前的那一刻，车队的设计师们就开始酝酿来年的新车设计思路了。F1也就这样年复一年地重复着技术的革新。而在背后起到关键支撑作用的，就是现在强大的计算机能力，它们能保证24小时，365天不间断的实时分析数据、验证新的创意，可以肯定的是每一个车队背后都会有一个非常POWER的计算机集群支持！
2006年Intel发布奔腾面世十三年后首款全新Core微构架处理器的三大平台处理的同时，也第一次从F`1的幕后走向前台，鼎立赞助震撼宝马.索博车队，为车队提供了世界最顶级的计算能力支持。纵观F1和微处理器技术走过的五十来年，智慧、勇气、冷静、坚持、挑战、激情、梦想、成功、失败交织其中。赛道上的欢喜、失望、竞争、对速度的不懈追求，在纳米级硅片上物理极限的不断突破，而在50年前看来毫无共通之处的运动和IT技术，如今也是相互依赖，密不可分了，未来它们有更多的新纪录去等待刷新。加速吧F1战车，Intel酷睿继续奔腾！
|
留言列表
