Utiliser les superordinateurs pour traiter les grands défis mondiaux
L'exa-informatique, capable d'effectuer 10^18 calculs à la seconde (1 milliard de milliards), devrait devenir la norme des superordinateurs au cours des prochaines années. Les succès impressionnants des techniques de simulation in silico (sur ordinateur) appliquées à des problèmes complexes, scientifiques ou commerciaux, ont augmenté la demande pour des systèmes toujours plus gros, puissants et rapides. Les projets DEEP et DEEP-ER (Dynamical Exascale Entry Platform / -Extended Reach), impliquant 20 partenaires de dix pays européens, ont construit des prototypes d'ordinateur pour mettre en œuvre le concept innovant de Cluster-Booster. Les parties complexes d'un programme, peu parallélisables, fonctionnent sur le Cluster, alors que le Booster s'occupe des parties très parallélisables, avec un rendement énergétique élevé. Une informatique suralimentée «Les prototypes de DEEP sont des systèmes très souples qui ont beaucoup de points communs avec les moteurs à turbocompresseur», explique Estela Suárez, responsable du projet. «Ils sont conçus pour être performants et avoir un rendement énergétique élevé, tout en étant faciles d'emploi. Cette facilité d'utilisation est assurée en fournissant à nos utilisateurs une pile complète de logiciel système et un environnement de programmation conforme aux normes.» Les chercheurs ont sélectionné avec soin 11 applications en science et en ingénierie, représentatives des besoins de l'exa-informatique, pour soutenir la conception en parallèle du matériel et du logiciel. Il s'agissait notamment de la simulation du cerveau, de la climatologie, de la radioastronomie, de l'imagerie sismique pour le secteur pétrolier et gazier, et de l'exposition de l'homme aux champs électromagnétiques. Comme le concept est conçu pour répondre aux besoins d'utilisations très diverses, les futurs utilisateurs pourront également comprendre, entre autres, des spécialistes des neurosciences, des astronomes, des météorologues, des sismologues, des physiciens, des concepteurs d'avions et des ingénieurs du secteur automobile. Alors que le premier projet (DEEP) avait mis l'accent sur la réalisation d'un prototype destiné à prouver la faisabilité de l'approche Cluster-Booster, les ambitieux développements de R&D de DEEP-ER se sont orientés vers l'amélioration de la pile logicielle et l'exploitation de technologies de mémoire innovantes. DEEP-ER a fortement augmenté les débits en ajoutant des entrées-sorties (E/S) parallèles. Il a également amélioré la fiabilité du superordinateur, grâce à une méthode de redémarrage et de points de vérification à plusieurs niveaux, afin d'éviter la perte de données en cas de défaillance du matériel. Ces réalisations ont nécessité une solide approche par co-conception. Des experts des logiciels systèmes ont travaillé en étroite collaboration avec l'équipe en charge du matériel afin d'utiliser le système innovant de mémoire multi-niveaux pour les E/S et la résilience. L'équipe du logiciel système a joué le rôle d'intermédiaire avec les utilisateurs finaux, afin de leur permettre d'utiliser de façon efficace ces technologies innovantes. L'application de radioastronomie développée par le partenaire ASTRON, par exemple, a permis d'améliorer considérablement les performances des E/S grâce à l'utilisation de l'une des technologies mémoire innovantes mises en œuvre dans DEEP-ER. Les résultats obtenus par DEEP-ER recouvrent la pile HPC complète et démontrent de façon remarquable le potentiel d'innovation des universités, des centres de recherche, de l'industrie et des PME européens. Aller plus loin dans la superinformatique Plus loin dans la feuille de route des projets DEEP, on trouve la réalisation d'un superordinateur modulaire par le projet DEEP-EST («DEEP - Extreme Scale Technologies»), qui a débuté en juillet 2017 et doit se poursuivre jusqu'au milieu des années 2020. DEEP-EST généralisera l'approche Cluster-Booster afin de créer un système HPC unique regroupant plusieurs modules de calcul dans une seule machine. Chaque module est un système à nœuds multiples adapté aux besoins d'un groupe spécifique d'applications, qu'il s'agisse d'applications HPC traditionnelles, de codes HDPA (high performance data analysis) ou d'applications utilisant une grande quantité de données. Selon ce principe de modularité, les utilisateurs pourront combiner les ressources fournies par les modules et configurer ainsi leur propre superordinateur. L'UE a apporté une contribution totale de près de 30 millions d'euros aux projets DEEP, DEEP-ER et DEEP-EST.
Mots‑clés
Superordinateur, HPC, informatique haute performance, DEEP, DEEP-ER, DEEP-EST, exa-informatique, Cluster-Booster, superordinateur modulaire, rendement énergétique, prototype, refroidissement liquide direct, environnement de programmation, applications
