Un superordinateur pour toutes les saisons

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.

Le projet DEEP (Dynamical Exascale Entry Platform) a impliqué 16 partenaires de 8 pays d'Europe pour bâtir un tel ordinateur haute performance, maintenant en service au Jülich Supercomputing Centre en Allemagne. Ce prototype utilise le nouveau concept Cluster-Booster, dans lequel les parties complexes d'un programme, peu parallélisables, fonctionnent sur le Cluster, tandis que le Booster s'occupe des parties très parallélisables, avec un rendement énergétique élevé.

«Ce prototype est un système très flexible, qui rappelle beaucoup un moteur à turbocompresseur. Il fonctionnera plusieurs années et sera disponible courant 2016 pour des utilisateurs externes», explique Estela Suárez, chef du projet. «Il atteint une densité et un rendement énergétique très élevées, fonctionne avec une pile logicielle système complète, et il est conforme aux normes des environnements de programmation conçus pour être performants et faciles d'emploi.»

Les chercheurs ont sélectionné avec soin 11 applications en sciences et en ingénierie, représentatives des besoins de l'exa-informatique, pour orienter la conception en parallèle du matériel et du logiciel, et pour valider le concept de Cluster-Booster. Il s'agit de la simulation du cerveau, de la climatologie, de la radioastronomie, de l'imagerie sismique pour le secteur pétrolier, de l'exposition de l'homme aux champs électromagnétique, de la dynamique des sources sismiques, de la météo spatiale, de la supraconductivité à haute température, de la chromodynamique quantique (l'interaction des particules dans la matière condensée) et des calculs de dynamique des fluides (par exemple, dans la recherche sur les combustions pour les transport et l'aérospatiale). Les utilisateurs futurs seront donc des spécialistes des neurosciences, des astronomes, des météorologues, des sismologues, des physiciens, des concepteurs d'avions et des ingénieurs dans l'automobile.

La deuxième génération du prototype DEEP, en cours de développement par le projet de suivi DEEP-Extended Reach DEEP-ER, est remarquable par sa taille, loin d'être aussi imposante qu'on ne l'imaginerait. L'ensemble du système tient, bien tassé, dans moins de deux racks, avec un rendement énergétique remarquable grâce au refroidissement liquide direct (l'eau circule dans le rack, via des canalisations et des plaques habilement conçues, fixées aux nœuds de calcul). Cette eau passe ensuite dans un échangeur de chaleur, ce qui facilite l'utilisation de la chaleur extraite, par exemple pour chauffer le reste du site ou pour l'air conditionné. Par rapport aux systèmes classiques refroidis par air, le prototype double les performances dans un espace équivalent. Il atteint ainsi 3,5 milliards d'opérations en virgule flottante par seconde (Flops) par watt consommé, ce qui est le meilleur rendement énergétique pour un superordinateur basé sur des processeurs Xeon Phi d'Intel.

Le projet DEEP-ER s'achèvera en mars 2017. Il compte optimiser l'architecture Cluster-Booster de DEEP, et renforcer son débit en ajoutant des entrées-sorties (E-S) parallèles. Il veut aussi rendre le superordinateur plus fiable, 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.

L'UE a accordé 8,3 millions d'euros au projet DEEP (actif de 2011 à 2015), et 6,4 millions d'euros à DEEP-ER.