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En vedette - Relier les superordinateurs pour simuler le soleil, le climat et le corps humain

Poussée par la puissance de traitement des superordinateurs, la simulation est devenue le troisième pilier de la recherche scientifique aux côtés de la théorie et l'expérimentation. Les scientifiques européens peuvent maintenant simuler le phénomène de fusion dans le soleil, créer des modèles climatiques et parviendront à terme à construire des humains virtuels biologiquement précis grâce à la recherche financée par l'UE qui a développé une infrastructure européenne pour la superinformatique.

Économie numérique

Ces résultats sont le fruit du projet DEISA («Distributed European infrastructure for supercomputing applications»,) qui a terminé deux phases s'étendant sur sept années. Les travaux réalisés dans le cadre du projet ont donné lieu à l'une des installations distribuées d'informatique haute performance (HPC) des plus avancées au monde. Cette infrastructure a permis à la science européenne de la simulation de faire un grand pas en avant. L'Europe devrait par ailleurs conserver cette place importante alors qu'elle prévoit d'investir près de 500 millions d'euros dans ce domaine au cours des cinq prochaines années. La première phase du projet a initialement relié les plus grands centres de superinformatique d'Europe en Allemagne, en Espagne, en France, en Italie, aux Pays-Bas, en Finlande et au Royaume-Uni, connectant en tout 11 centres de superinformatique. Les liens physiques ont été établis à l'aide de GÉANT et de l'infrastructure NREN («National research and education networks»). GÉANT est l'Internet universitaire haut débit à large bande passante servant la communauté de recherche et d'éducation d'Europe. Il connecte plus de 40 millions de chercheurs dans 40 pays d'Europe et relie un grand nombre d'autres parties du monde. Il offre un débit de 40 gigaoctets par seconde (Gbps). Le NREN, quant à lui, fournit des installations de mise en réseau pour la communication des données aux communautés de recherche et d'éducation nationale. Les scientifiques de DEISA sont allés bien plus loin que la simple création de connexions haut débit entre ordinateurs. «Il y a quelques temps, on avait divers superordinateurs utilisant divers logiciels et différentes structures de fichiers, et c'était très contraignant de jongler d'un superordinateur à l'autre», expliquait Hermann Lederer de l'équipe de coordination du projet DEISA2. «DEISA a harmonisé les structures et permis aux scientifiques de tirer partie de leur temps informatique.» DEISA1 a lancé le processus d'harmonisation; DEISA2 l'a consolidé et étendu, puis a renforcé le groupe de travail de soutien aux applications. «Nous avons rassemblé des spécialistes de chacun des systèmes de superinformatique au sein du consortium de manière à pouvoir associer les programmes de recherche au superordinateur le plus approprié pour ce travail et leur offre les meilleures performances qu'ils puissent tirer de ce système. Nous avons même fourni un soutien aux applications qui pourraient optimiser le logiciel pour une tâche spécifique», fait remarquer le Dr Lederer. Le projet a également créé l'initiative DECI («DEISA extreme computing initiative»). DECI a été lancée en mai 2005 par le consortium DEISA pour renforcer l'impact du projet en science et technologie. Son but premier était de fournir d'importantes ressources informatiques pour relever le défi des applications «très complexes» dans tous les domaines de la science et la technologie. Le programme s'est révélé être un vrai succès et un nombre important de candidats ont déposé leur demande pour son sixième appel; pour 121 propositions, les scientifiques recherchaient un demi-milliard d'heures de fonctionnement du processeur (processor-core-hour), une mesure de consommation des ressources en superinformatique. Seuls 91 heures de fonctionnement du processeur étaient disponibles, moins d'un sixième de la demande, et 56 projets ont été choisis. «Nous sélectionnons des thèmes de recherche scientifique basés sur un processus de révision à deux volets. L'évaluation par des pairs établit le mérite scientifique de la recherche proposée, et une révision technique décide du caractère réalisable ou approprié de l'application en superinformatique», explique le Dr Lederer. Une fois le projet de recherche sélectionné, DEISA réserve le meilleur superordinateur pour cette tâche spécifique et fournit aux scientifiques un soutien technique qui optimise les applications pour chaque objectif de recherche. DEISA a énormément augmenté et complété les services nationaux de superinformatique, pas seulement en fournissant le meilleur superordinateur pour la tâche en question mais également en accélérant la vitesse des progrès scientifiques. Lacunes en matière de recherche «Certains projets que nous approuvons pourraient également fonctionner à l'installation national de superinformatique des chercheurs, mais la liste d'attente est sans doute longue, les candidatures en grand nombre et l'architecture n'est peut-être pas appropriée», déclare le Dr Lederer. «Dans des domaines scientifiques dépendant de simulations importantes, cela pourrait être très problématique, aussi le chercheur peut-il soumettre une proposition à DECI.» Le consortium DEISA comprend les centres de superinformatique les plus importants en Europe, aussi les chercheurs savent que les ordinateurs les plus performants sont disponibles auprès de l'un des partenaires. Ce point est vital car la puissance informatique ne cesse d'augmenter et rend rapidement les superordinateurs obsolètes. La technologie progresse si rapidement qu'un écart en matière de recherche commence à apparaître. Les processeurs ont atteint des vitesses de 3 gigahertz, mais les contraintes en terme d'énergie signifient qu'ils ne peuvent pas aller tellement plus vite. Les processeurs multicœurs offrent une nouvelle alternative à l'augmentation de la capacité qui, associée à la parallélisation, offre une autre voie au traitement des données plus rapide. Il n'existe malheureusement toujours pas de recherche fondamentale sur une augmentation importante de la parallélisation des applications. «Nous pourrions réellement utiliser le financement de la recherche portant sur des algorithmes nouveaux et hautement parallélisables pour attirer les mathématiciens les plus intelligents ainsi que les spécialistes en informatique et calcul pour s'attaquer à ce défi», explique le Dr Lederer. «Bien que l'on ne s'attarde pas sur la question actuellement, cela pourrait devenir un problème d'ici quelques années», prévient-il. DEISA2 a achevé ses travaux en avril cette année et le partenariat PRACE («Partnership for advanced computing in Europe») prendra maintenant la relève. PRACE maintiendra un service de HPC paneuropéen qui consiste en six systèmes de leadership de première classe (Tier-0) intégrés dans l'écosystème européen HPC établi par DEISA. Les systèmes de leadership Tier-0 sont des superordinateurs qui se placent parmi les 500 ordinateurs les plus performants au monde, et PRACE exploite déjà deux de ces systèmes, le système Blue Gene/P d'IBM à 1 Pétaflop/s au centre de superinformatique de Jülich en Allemagne, et le système BULL de 1,6 Pétaflop/s baptisé CURIS au nouveau Très Grand Centre de Calcul (TGCC) en France. PRACE a réservé 400 millions d'euros en financement national pour les systèmes Tier-0 sur les cinq années à venir, et la Commission européenne fournira un financement total supplémentaire de 70 millions d'euros pour tout le cycle de vie de la série de projets PRACE (PRACE, PRACE 1IP, PRACE 2IP). «DECI se poursuivra; en effet, l'équipe de DEISA assure son exploitation sur une base volontaire jusqu'à ce que PRACE 2IP prenne le relai en septembre», révèle le Dr Lederer. «Cependant, il sera désormais appelé la 'Distributed European Computing Initiative'. Le terme 'extrême' sera réservé aux superordinateurs Tier-0.» La recherche et l'investissement en superinformatique tel que DEISA sont de grande valeur car ils servent plusieurs fonctions. Tout d'abord, ils font progresser la science de manière directe, résolvant des problèmes fondamentaux dans le développement des applications, la mise en réseau, l'informatique et les mathématiques. Ensuite, il a permis et continue de permettre la réalisation de travaux de recherche de pointe dans chaque discipline scientifique envisageable, particulièrement en relation avec les problèmes les plus urgents et complexes en science. Enfin, il ouvre la voie à PRACE, un programme très ambitieux couvrant tout le continent pour maintenir et renforcer le leadership européen en superinformatique. Il s'agit de la première contribution de DEISA2 dans le cadre d'une série vers une recherche très importante mais également très exigeante informatiquement parlant, tels que les travaux du projet RNAHIV sur la mécanique moléculaire du virus du VIH, l'étude du projet MillCli sur les modèles climatiques complexes, et les recherches du projet Cylinder sur les effets de la turbulence sur les structures marines. DEISA2 était financé à hauteur de 10,24 millions d'euros (sur un budget total de 8,65 millions d'euros pour le projet) au titre du septième programme-cadre de recherche de l'UE (7e PC), sous-programme «e-Science grid infrastructures». Liens utiles: - «Distributed European infrastructure for supercomputing applications» - Archives de données du projet DEISA2 sur CORDIS - programmes/projets sur les e-infrastructures Articles connexes: - En vedette - Les superordinateurs s'attaquent au VIH - En vedette - Les modèles climatiques mettent la superinformatique sur la passerelle - En vedette - Des superordinateurs pour calmer les eaux agitées - Supercomputing gets its own superhero - The grid: a new way of doing science - Les chercheurs européens spécialisés en fusion nucléaire accèdent à des ressources de calcul intensif