Retour
au sommaire
 Automates
Intelligents s'enrichit du logiciel
Alexandria.
Double-cliquez sur chaque mot de cette page et s'afficheront
alors définitions, synonymes et expressions constituées
de ce mot. Une fenêtre déroulante permet
aussi d'accéder à la définition du
mot dans une autre langue (22 langues sont disponibles,
dont le Japonais). |
| Le
calcul scientifique de haute performance
(High Performance Computing)
par Jean-Paul Baquiast 10/01/08
|
Nous
avons signalé dans une chronique précédente
la mise en place du programme européen PACE ou PRACE
(Partnership for Advanced Computing in Europe) rassemblant
15 Etats et visant à réaliser un réseau
de super-calculateurs atteignant des vitesses de calcul se
situant du teraflops jusqu'au petaflops(1)
On
pourrait s'imaginer que les calculateurs de cette puissance
n'ont plus grande utilité, puisqu'il est théoriquement
possible de mettre en réseau des milliers de micro-ordinateurs
permettant d'aligner des capacités apparemment équivalentes.
Mais il existe de grandes différences entre les performances
de tels réseaux, à qui font défaut des
connexions efficaces et un système d'exploitation centralisé
performant. Les supercalculateurs restent donc indispensables
à tout Etat ou groupe d'Etats désirant réaliser
rapidement et à moindre coût des calculs indispensables
à sa sécurité comme au développement
des sciences dont il a besoin tant dans la concurrence internationale
que dans la coopération.
L'Europe
s'en est aperçu, un peu tardivement. Elle dépend
cruellement de matériels qu'elle ne produit pas ou
n'assemble pas (sauf marginalement, en ce qui concerne la
France, où le CEA s'équipe actuellement d'un
supercalculateur Bull principalement dédié à
la défense(2)). C'est comme l'on devine aux
Etats-Unis et au Japon que se trouvent les industriels et
les grands centres de calcul capables de fournir les prestations
attendues tant par les scientifiques que par les militaires.
Aux Etats-Unis, on se prépare maintenant la nouvelle
génération de machines, dont l'augmentation
considérable de puissance fera faire un bond en avant
considérable aux recherches scientifiques.
Aujourd'hui,
le calculateur le plus puissant du monde est l'IBM BlueGene/L
installé au Lawrence Livermore National Laboratory
qui dépend du département de l'Energie des Etats-Unis.
En pointe, il réalise 596 trillions d'opérations
par seconde. Les nouvelles machines, de l'ordre du pétaflop,
équivaudront à la puissance installée
de 100.000 PC. Selon les experts, un calcul qui demanderait
80 ans pour l'un de ces PC pourrait être réalisé
en 5h sur un calculateur de la taille du Blue Gene/L et en
moins de deux heures sur une machine de la taille supérieure.
La
réalisation de ces monstres oblige à faire
face à de nombreux défis, dont le moindre
n'est pas la consommation électrique et la dissipation
de chaleur. Le successeur de Blue Gene/L déjà
baptisé du nom de "Roadrunner" sera développé
par IBM en partenariat avec le Laboratoire national de Los
Alamos dépendant lui aussi du département
de l'Energie. Il consommera 4 megawatts de puissance électrique.
Mais il permettra aussi d'éclairer, si l'on peut
dire, des questions scientifiques demeurées encore
obscures et aussi diverses que le changement climatique,
les évolutions géologiques, les nouvelles
molécules thérapeutiques et la matière
noire.
La
véritable difficulté, cependant, n'est pas directement
liée à l'environnement de la machine ni même
à la rapidité des composants électroniques
qu'elle utilise. Elle se trouve dans l'aptitude des logiciels
et des architectures programmatiques permettant de faire travailler
ensemble des centaines de milliers de sous-ensembles multiples
en les regroupant au mieux des problèmes complexes
à résoudre. L'ingénierie logicielle apporte
beaucoup de solutions standard mais ne peut remplacer entièrement
le flair des programmeurs et ingénieurs systèmes
travaillant en liaison avec ceux qui leur posent les «
bonnes questions ».
Applications
La
force des nouveaux calculateurs consiste à faire
tourner des modèles numériques ou analogiques
simulant des phénomènes de la nature inobservables
directement, faute de temps, d'argent ou d'instruments adéquats.
Le processus traditionnel de la recherche scientifique,
supposant un échelonnement dans le temps de la théorie
à l'hypothèse puis à l'expérimentation
se trouve modifié. Plus exactement, l'expérimentation
n'a plus besoin d'être conduite en vraie grandeur.
Elle peut être remplacée par une simulation.
Les
récentes prédictions scientifiques concernant
le changement climatique qui ont servi d'argument pour la
mise en place du protocole de Kyoto et de ses suites n'ont
été rendues possibles que parce que la puissance
de calcul affectée à leur production a été
multipliée plus de 10.000 fois en quelques années.
Alors que pendant longtemps les données satellitaires
climatologiques et géophysiques ne pouvaient pas
être traitées en temps utile par les laboratoires
terrestres, aujourd'hui l'inverse se produit. Les satellites
ayant vieilli ne fournissent plus assez de données
ni assez rapidement pour répondre à la soif
d'informations des modèles computationnels.
A
l'opposé, les flots de données qui seront
produites par le futur accélérateur LHC du
CERN pourront en principe être traitées en
temps réel, ce qui serait impossible actuellement.
Encore faudrait-il que les scientifiques y travaillant puissent
accéder à des calculateurs assez puissants,
ce qui n'est pas garanti compte tenu du peu d'enthousiasme
manifesté par les Etats-Unis pour fournir du temps
de calcul dans des conditions satisfaisantes.
Dans
le domaine tout différent de l'armement nucléaire,
on sait depuis longtemps que les essais simulés ont
rendu inutiles les tests en vraie grandeur. A cet égard,
il n'était pas question pour la France de dépendre
de la bonne volonté américaine. D'où
l'acquisition du calculateur Bull de la direction des applications
militaires du CEA précité (lequel offre aussi
du temps à des équipes civiles).
La
question de la disponibilité en puissance de calcul
se posera également déjà dans la perspective
du traitement des myriades de données qui seront
nécessaires à la simulation des phénomènes
se déroulant dans le cœur du futur réacteur
à fusion ITER de Cadarache ou de ses enceintes. Il
serait prudent de prévoir dès maintenant les
ressources nécessaires.
Un
autre domaine qui pourra se révéler encore
plus vital, concernera la préparation d'un vaccin
contre la grippe aviaire « hominisée »
dès que celle-ci se déclarera (éventualité
considérée comme inévitable). Les ressources
d'un supercalculateur permettront de gagner de précieuses
semaines dans l'analyse du virus et la mise au point de
réponses adaptées.
Un
nouveau calculateur au CNRS
Bonne nouvelle : au moment de finir cet article, nous apprenons
que Le Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
va prochainement s’équiper d'une plate-forme
de calcul intensif de 207 téraflops (3). L’organisme
disposait jusqu'ici d'une puissance de calcul de 6,7 téraflops.
Il se hisse ainsi au troisième rang mondial –
hors calculateurs militaires –, derrière le département
de l'Energie américain précité (596 téraflops)
et le Forschungzentrum Jülich allemand (222 téraflops).
Conçue par IBM (nous eussions préféré
Bull), la nouvelle machine se compose de deux blocs complémentaires
: un ensemble de dix armoires Blue Gene/P, d'une puissance
de 139 téraflops, qui sera installé à
la fin du mois de janvier, et un groupe de huit modules
Power 6, d'une capacité de 68 téraflops, livré
au mois de juillet.
Installé au centre national de calcul du CNRS –
l'Institut du développement et des ressources en
informatique scientifique (Idris) –, à Orsay,
le nouveau supercalculateur représente un investissement
d'environ 25 millions d'euros, dont 5 millions seraient
réservés à la maintenance de la machine.
Celle-ci sera ouverte à tous les chercheurs, du secteur
public ou des entreprises.
Dans
10 ans
Terminons par un regard sur la prochaine décennie.
On ne doit pas croire que la limite du pétaflop tiendra
longtemps. D'ores et déjà les ingénieurs
étudient une machine mille fois plus puissante, capable
d'un million de trilliards d'opération par seconde.
Elle est prévue vers 2018. Il n'est pas risqué
de parier qu'elle sera américaine. A moins que par
miracle le programme PACE cité ci-dessus prenne rapidement
un grand développement.
Notes
:
(1) gigaflops = 1 milliard 1×10 puissance 9 flops
; teraflops = 1 trilliard ou 1×10 puissance 12 flops
; petaflops = 1 quadrilliard ou 1×10 puissance 15 flops,
le flops désignant 1 opération élémentaire
en virgule flottante réalisée par seconde (Floating-point
Operations Per Second).
(2) Voir notre article "Projet d' Initiative pour des
réseaux européens de calcul à haute performance"
(26/12/05) http://www.automatesintelligents.com/echanges/2005/dec/calcul.html,
ainsi que notre actualité du 01/08/06 : http://www.automatesintelligents.com/actu/060831_actu.html#actu0
(3)
Cf communiqué du CNRS : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/1259.htm
A
lire aussi
Les
super ordinateurs et la course au pétaflop (article
du 02/03/04): http://www.automatesintelligents.com/labo/2004/mar/r.html
