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Les processeurs graphiques accèdent au rang de stars

Les processeurs graphiques accèdent au rang de stars

Le supercalculateur Road Runner occupe une surface de 600 m2. Il affiche une puissance de calcul de 1 026 Tflops.

© D.R.

Cantonnés jusque-là aux rôles de seconds couteaux, ces bêtes du calcul deviennent les vedettes des nouvelles applications très gourmandes en puissance de traitement.

Les processeurs graphiques connus sous le sigle anglais GPU (graphic processing unit) sortent de leur discrétion. Développés jusqu'ici dans l'ombre des processeurs génériques CPU (computer processing unit), qui animent les ordinateurs, ils sont propulsés sur le devant de la scène par leurs performances exceptionnelles en termes de puissance et de coût. Après avoir joué les seconds rôles en se cantonnant à des fonctions de rendu graphique dans les PC, stations de travail et consoles de jeux, ils accèdent aujourd'hui aux premiers rôles pour des applications de calcul intensif dans la recherche, la finance, le médical, l'énergie, la géophysique, l'électronique ou le pétrole.

Ils franchissent la barre du teraflops

Les GPU bénéficient d'une architecture optimisée pour l'exécution de la même opération sur un grand volume de données, caractéristique des applications graphiques et vidéo. Pour cela, ils poussent très loin le parallélisme tant en traitement qu'en termes de préparation des données. Le GTX280 de Nvidia combine ainsi 240 coeurs d'exécution capables de traiter 30 000 flots de données en parallèle. Quant au R770 d'AMD, il compte, lui, plus de 500 coeurs. Cette architecture explique la puissance phénoménale de cette famille de puces.

Bien que spécialisés dans des tâches répétitives, ces composants se présentent comme de véritables bêtes de calcul. Les nouvelles générations d'AMD et de Nvidia franchissent la barre fatidique du Tflops (1012 opérations en virgule flottante par seconde), le double de la puissance des anciens modèles, tout en affichant une performance par watt et par dollar bien supérieure à celle des CPU. Selon AMD, son R770 offre un ratio de 8 Gflops par watt, soit huit fois mieux que son processeur Phenom à quatre coeurs pour serveurs, tout en divisant par quatre le coût au Gflops. C'est ce rapport performance sur consommation et coût qui fait toute l'attractivité des GPU.

Dans les PC et les stations de travail, le processeur graphique ne fait qu'épauler le processeur général qui est le roi du traitement. Le GPU ne prend à sa charge que les tâches de calcul liées au graphisme. Dans les consoles de jeux, en revanche, c'est lui qui mène la danse. Et avec ses nouvelles performances, il prend du galon dans l'informatique scientifique, dans les applications de transcodage à la volée de flux vidéo, de calcul de risques financiers, de reconstitution d'images médicales, d'études sismiques ou de simulation de circuit électronique. Dans les supercalculateurs, il s'impose comme une solution incontournable pour augmenter à moindre coût et à moindre consommation la puissance de calcul.

La machine petaflopique (1015 opérations en virgule flottante par seconde), la première du genre dans le monde, livrée par IBM au laboratoire national de Los Alamos, du département de l'énergie, aux États-Unis, fait ainsi appel pour une partie au processeur PowerXCell8i, une déclinaison de la puce Cell développée au départ par Big Blue, Toshiba et Sony pour la console de jeux PS3 (lire ci-dessus). Cray préparerait une machine similaire pour la Nasa avec le GPU d'AMD. En France, Bull construit pour le CEA un supercalculateur hybride dopé par des processeurs graphiques de Nvidia. Selon Patricia Harrell, la responsable de l'activité Stream Computing chez AMD, les dix premières machines du classement Top500 de juin 2009 (qui recense les 500 supercalculateurs les plus puissants dans le monde) seront toutes dopées par des GPU.

Toshiba explore une autre application d'avenir : les interfaces de pilotage à distance d'appareils électroniques par de simples gestes de la main, en remplacement de l'actuelle télécommande infrarouge.

Les utilisations paraissent illimitées

Avec la puissance phénoménale des GPU actuels, comme son SpursEngine issu de la puce Cell, il devient en effet possible de capter en temps réel les mouvements de la main, de les interpréter en un temps éclair et de les traduire immédiatement en commandes. Plus de problème de piles ou de télécommande introuvable. D'autres applications sont en vue comme celle où un client pourrait tester de façon virtuelle et en temps réel une coupe de cheveux, un maquillage ou un vêtement avant de passer à l'acte réel. Les possibilités d'utilisation paraissent illimitées. Place à l'imagination.

1,2 TFLOPS SUR UNE CARTE

- La carte graphique FireStream 9250, lancée par AMD, porte la puissance de calcul à 1,2 Tflops (1012 opérations en virgule flottante par seconde) en simple précision, soit le double de celle de l'ancienne carte FireStream 9170. Cette performance découle de l'utilisation d'une nouvelle génération de processeur graphique d'AMD, le R770. Par comparaison, les processeurs généraux les plus performants actuellement, comme l'Opteron quadricoeur d'AMD ou le Xeon quadricoeur d'Intel, destinés aux serveurs, affichent une puissance inférieure à 50 Gflops. La nouvelle carte consomme 120 W. Au format PCI Express, elle vise à doper serveurs de calcul intensif et stations de travail. Son prix : environ 1 000 dollars.

LE SUPERCALCULATEUR LE PLUS PUISSANT DU MONDE

- Le supercalculateur Road Runner, construit par IBM pour le laboratoire national de Los Alamos (département de l'énergie), aux États-Unis, détient le nouveau record de puissance de calcul dans le monde. Au test de référence Linpack, il affiche une puissance de calcul de 1 026 Tflops, ce qui en fait le premier à franchir la barre fatidique du petaflops (1015 opérations en virgule flottante par seconde). Cette puissance, il la tire en grande partie du processeur PowerXCell8i, une déclinaison de la fameuse puce Cell au coeur de la console de jeux PS3 de Sony. Il en utilise pas moins de 12 960 ! Cet ensemble fait office de GPU destiné à accélérer certaines boucles de calcul. Pour le reste, Road Runner s'appuie sur une architecture classique à 6 912 processeurs Opteron à double coeur d'AMD. Composé de près de 300 racks, ce monstre de 250 tonnes et 130 millions dollars occupe une surface de 600 m2 et dévore 2,3 MW d'électricité. Mais grâce à la puce Cell, il reste deux fois plus efficace sur le plan énergétique que l'ancien supercalculateur le plus puissant du monde de 478 Tflops équipant le laboratoire Laurence Livermore (département de l'énergie), aux États-Unis.

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