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Supercalculateurs : en route vers l'exaflop

Antoine Cappelle

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Supercalculateurs : en route vers l'exaflop

Le calcul exaflopique servira à modéliser des phénomènes complexes, comme la fusion nucléaire pour le projet ITER.

© CEA

Le CEA et l’Université de Versailles Saint-Quentin en Yvelines, en partenariat avec Intel, se lancent dans la conception d’un calculateur capable de faire un million de milliards d’opérations par seconde. Le laboratoire Exascale Computing Research a pour mission de réfléchir aux contraintes matérielles et logicielles d’une telle machine.

Alors que le CEA vient d’inaugurer son Très grand centre de calcul (TGCC), qui accueillera une puissance de calcul dépassant le pétaflop d’ici fin 2011, soit mille milliards d’opérations par seconde, la recherche est déjà lancée pour passer à l’exaflop – mille fois plus.

Le laboratoire Exascale Computing Research (ECR) est commun entre le CEA, le GENCI (Grand Equipement National de Calcul Intensif) et l’Université de Versailles Saint-Quentin en Yvelines (UVSQ). Il s’agit d’imaginer les futures applications d’une telle puissance exaflopique, de mettre au point des méthodes de calcul et d'optimiser le matériel pour garder une consommation électrique raisonnable.

« Les calculateurs actuels consomment 5 à 6 mégawatts. Nous voulons multiplier la puissance de calcul par mille tout en ne multipliant la consommation électrique que par 10 au maximum », explique Steve Pawlowski, directeur du groupe architecture d’Intel, partenaire du projet. « Cela implique de réfléchir à une nouvelle architecture, et à de nouveaux logiciels ».

Repenser les logiciels

« Le calculateur pétaflopique du TGCC sera constitué de près de 100 000 cœurs », détaille William Jalby, directeur du laboratoire. « Avec l’exaflop, nous en aurons un milliard : la façon de traiter les calculs n’a plus rien à voir ».  Car les informations doivent être traitées en parallèle, c’est à dire simulatément sur tous les cœurs. Cela pose des questions en termes de programmation. Les logiciels actuels devront être adaptés : « Bruts, ils ne fourniraient qu’un rendement de 2 à 3 % par rapport à la puissance de la machine ». Cela tout en gardant une simplicité d’usage, afin de rester utilisables par tous les chercheurs. « De plus, avec autant de cœurs, la machine sera fonctionnelle au mieux à 90 %, il faudra donc diagnostiquer les défauts en amont pour les gérer », continue William Jalby.

L’équivalent de 25 personnes à plein temps travaillent actuellement sur le projet Exascale Computing Research. L’objectif est de passer à 50. La première machine exaflopique est pronostiquée pour 2020. Mais la montée en puissance sera progressive : les premiers prototypes de processeurs seront confrontés aux utilisateurs, afin de définir quel est le meilleur support matériel pour un tel projet. D’ici 2016, les 500 pétaflops devraient être atteints, estime Steve Pawlowski.

Simuler des phénomènes très complexes

Ces innovations matérielles pourraient à terme profiter à des applications grand public, notamment en termes d’efficacité énergétique. Mais le véritable intérêt du supercalcul réside dans les possibilités de simulations numériques. « Cette puissance de calcul sera utile au domaine de la production d’énergie, avec modélisation du comportement des nouveaux réacteurs nucléaires, des phénomènes de fusion nucléaire pour ITER ou des fermes de collecteurs solaires », prévoit Bernard Bigot, administrateur général du CEA. Elle s’appliquera également aux sciences de la mort, avec la simulation des armes de dissuasion nucléaire, et aux sciences du vivant, avec l’imagerie médicale ou la génomique.

Antoine Cappelle

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