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Supercalculateurs : David au secours de Goliath

Industrie et  Technologies
Une équipe de chercheurs américains propose de développer un supercalculateur pour prédire le réchauffement climatique à partir de processeurs pour appareils nomades. Ils sont en effet énergétiquement plus efficaces que les processeurs actuellement utilis


Plus la puissance informatique d'un processeur est importante, plus il consomme et dissipe d'énergie. A tel point que les supercalculateurs qui en comptent de millions sont devenus de véritables gouffres électriques, à la fois pour alimenter les processeurs, mais aussi pour les refroidir. Un comble quand on sait que nombre de ces machines sont utilisées pour étudier le réchauffement de la planète.

C'est pourquoi trois chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), qui dépend du Department of Energy américain, viennent de proposer une solution originale pour créer un supercalculateur consommant moins d'énergie. Dans un article que vient de publier l'International Journal of High Performance Computing Applications, Michael Wehner et Lenny Oliker de la Berkeley Lab's Computational Research Division, et John Shalf du National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), proposent d'utiliser non plus les processeurs les plus performants pour créer des supercalculateurs, mais les processeurs que l'on utilise dans les appareils nomades (PDA, GSM, iPods...).



Le processeur Xtensa LX de Tensilica est 400 fois plus efficace
pour les opérations en virgule flottante par watt consommé,
que les processeurs actuellement utilisés dans les serveurs
.



Partant du principe que ces processeurs ont été étudiés pour consommer très peu d'énergie, ils veulent les assembler dans un système massivement parallèle qui délivrerait une puissance informatique similaire à celle d'un supercalculateur. A cette fin, Berkeley Lab a signé en avril un accord avec Tensilica pour utiliser son processeur Xtensa LX comme brique de base de ce projet. Ce processeur serait 400 fois plus efficace pour les opérations en virgule flottante par watt consommé, que les processeurs actuellement utilisés dans les serveurs. Outre sa faible consommation énergétique ce processeur est aussi très peu cher.

Chaque processeur Xtensa LX dissipe quelques centaines de milliwatts, tout en délivrant une puissance de plusieurs milliards d'opérations en virgule flottante par seconde et en utilisant les outils et langages de programmation standard. Nous sommes à un ordre de magnitude d'amélioration en terme d'opérations réalisées par watt consommé par rapport aux processeurs traditionnellement utilisés dans les supercalculateurs. De plus, leur faible taille et leur faible dissipation thermique autorisent une forte densité de ces processeurs sur les cartes imprimées, ce qui permettra de loger plusieurs millions de processeurs dans une simple baie. Reste maintenant à développer l'architecture du système qui utilisera ces processeurs pour faire tourner des applications très fortement parallélisées.

Simuler le réchauffement climatique

L'objectif des trois chercheurs est de développer une machine capable d'utiliser un modèle de simulation comportemental d'un système nuageux d'un kilomètre de côté. Une précision qui n'existe pas actuellement, mais qui est indispensable pour créer des modèles fiables d'évolution du réchauffement climatique.

Pour cela, ils estiment avoir besoin d'une machine qui serait 1 000 fois plus performante que les meilleurs supercalculateurs existants actuellement. Un développement qu'ils chiffrent, en utilisant les technologies traditionnelles, à un milliard de dollars et qui serait un gouffre énergétique. Cette machine consommerait en effet 200 mégawatts électriques, soit la consommation d'une ville de 100 000 habitants.

Au contraire les trois chercheurs estiment qu'une machine utilisant 20 millions de processeurs Xtensa arriverait au même résultat, avec une puissance en crête de 200 PetaFlops pour un coût de 75 millions de dollars et consommerait moins de 4 mégawatts. « Si l'on ne passe par rapidement à de tels systèmes, le développement des performances informatiques des supercalculateurs sera limité par la consommation énergétique », estime John Shalf.

Ce ?climate computer? n'est pas qu'une vue de l'esprit. Les trois chercheurs travaillent en effet avec des équipes de l'Université de Californie à Berkeley, ainsi que des scientifiques de la Colorado State University pour construire un prototype, qui servira à faire tourner un nouveau modèle atmosphérique global développé par l'Université du Colorado. « Nous allons démontrer qu'il est beaucoup plus rationnel de développer sur cette base des machines spécifiquement pour des applications. Il est en effet inconcevable de continuer à développer des supercalculateurs traditionnels à la fois pour des considérations économiques et énergétiques », conclut Michael Wehner.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.lbl.gov


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