17 Mai 2008    

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HPC : enjeux stratégiques en France et en Europe

Calcul scientifique

 
 
 
 
 

Certains types de traitement réclament des puissances de calcul extrêmement importantes (simulation, calculs scientifiques, météo...).
Ce besoin s'accroît très rapidement en fonction de la complexité des modèles, de la masse de données à traiter, de la nécessité de raccourcir les délais. Cet accroissement des besoins s'accompagne, bien sûr, de la nécessité de contenir les coûts dans des limites acceptables.
Il s'agit donc d'un enjeu stratégique pour les pays et les entreprises.

L'enjeu du calculateur à haute performance

Aujourd'hui, à l'heure de la guerre économique, la puissance informatique est un outil de la compétition mondiale à tous les niveaux.
Les champs d'action sont variés :

  • militaire : avec la simulation du fonctionnement de l'arme atomique,
  • scientifique : avec les grands challenges actuels (climat, génome...)
  • économique : les industriels figurent désormais parmi les principaux utilisateurs de puissance de calcul.

Le HPC (High Performance Computing) n'est pas destiné à simplement établir des records à un instant.
De fait, le classement TOP500 des supercalculateurs n'est pas l'équivalent du Livre des Records pour la plus grande pizza. C'est un baromètre des capacités technologiques, économiques et politiques des différents acteurs.

Le HPC en France et en Europe

La capacité de traitement informatique est un facteur fort de différentiation en matière de compétitivité.
Considérant le HPC comme un enjeu stratégique, les USA, le Japon et la Chine font des efforts très importants qui leur permettent de disposer de fortes puissances de calcul. Les USA veulent atteindre le pétaflop en 2010, le Japon 3 pétaflops en 2011. Ce n'est pas le cas de l'Europe et encore moins de la France.
En 2001, l'ordinateur du CEA Défense était en position 4 dans le TOP500, il est resté pendant 3 ans numéro 1 en Europe, alors qu'il descendait en position 40 dans le TOP500. Cela montre le retard important de l'Europe en la matière. D'ailleurs, dans le 6e PCRD (Programme-Cadre de Recherche et Développement), la notion de HPC n'existait pas.
 

 

La grille fait de l'ombre

Le manque de moyens consacrés au HPC en France et en Europe est probablement le résultat d'un état de pensée chez les décideurs qui résulte d'une erreur majeure. En effet le principe du grid (la grille) a pu faire croire qu'on pouvait obtenir en fédérant un grand nombre de machines modestes, les mêmes puissances qu'à l'aide de coûteux supercalculateurs.
En réalité, le grid répond à des problèmes de fédération de moyens et se situe comme un complément au HPC, sans s'y substituer. On peut d'ailleurs combiner HPC et grid.
Les limites du grid sont notamment :

  • l'espace occupé par les machines,
  • la consommation d'énergie,
  • le manque de rapidité et de puissance en régime soutenu,
  • la complexité de l'administration coordonnée des systèmes et des données.

De plus, si ni la France, ni l'Europe ne sont actuellement leaders en HPC, ils ne le sont guère plus en grid.

Les centres de calcul en France

La France dispose de plusieurs calculateurs de grande puissance :
 

CINES (Centre Informatique National de l'Enseignement Supérieur) destiné aux organismes de recherche publique et aux établissements d'enseignement supérieur 1,8 et 0,8 teraflops
IDRIS (Institut de Développement des Ressources en Informatique Scientifique) dépendant du CNRS, il est dédié à la communauté scientifique 6,5 et 0,3 teraflops
IN2P3 (Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules) dépendant également du CNRS, il est spécialement dédié aux besoins de recherche en physique 1,8 teraflops
CEA - ordinateur Défense à l'exception de quelques challenges scientifiques d'intérêt général, la machine est dédiée à la simulation de l'arme nucléaire. 5 teraflops, plus de 60 fin 2005
CEA - CCRT (Centre de Calcul de la Recherche et de la Technologie) regroupe les autres moyens du CEA pour les besoins civils et des besoins extérieurs. 5 teraflops
Teratec ressources disponibles pour les scientifiques et les industriels. 3 teraflops (hors CCRT)

 

Renater, le super réseau

Pour permettre à la recherche publique et à l'enseignement supérieur de disposer de moyens de calcul importants, un réseau spécialisé rapide a été créé, au niveau français, européen mais aussi mondial.
Il s'agit de Renater, réseau national reliant plus de 600 sites des domaines de la recherche, de la technologie et l’enseignement.
Il est constitué d’une épine dorsale nationale à haut débit multi-Gbit/s (Renater 3) fédérant des réseaux de collecte régionaux. La plupart des lycées et collèges y sont également connectés via les rectorats.
En France, le réseau RENATER est relié à l’Internet au moyen des GIX SFINX à 500 Mbit/s et avec le reste du monde par le raccordement de à 2.5 Gbit/s à OpenTransit de France Télécom. Des points de présence de Renater sont également implantés dans les départements d’Outre Mer.
Pour les projets de recherche, RENATER est interconnecté à 2.5 Gbit/s aux autres réseaux de recherche européens et américains via le réseau pan-européen GEANT et une liaison directe de 155 Mbit/s avec les Etats-Unis est dédiée à certains projets prioritaires.

Le HPC pour les industriels

Les entreprises doivent désormais avoir accès au calcul intensif. Plusieurs d'entre elles disposent même d'une machine listée dans le TOP500 :

  • Total : 251e,
  • Crédit Agricole : 257 et 258e,
  • Société Générale : 266 et 445e
  • France Telecom : 384e

Celles qui ne disposent pas de machine, ou pas de machine suffisamment puissante, peuvent faire appel temporairement à de la puissance extérieure. Le CEA, avec le CCRT propose déjà ce genre de services.
Les grands constructeurs (HP, IBM, SGI) proposent la fourniture de ressources dites à la demande à l'aide de grands centres de calcul dédiés à cet usage. C'est, par exemple le cas de l'offre HPC1 de HP dans le cadre du pôle de compétences Teratec situé à Bruyère-le-Châtel.

Teratec

L'initiative Teratec fédère une technopole autour du calcul haute performance à Bruyère-le-Châtel (91), site du centre HPC du CEA.
Elle a été créée à l'initiative du CEA, rejoint par de nombreux industriels (Dassault Aviation, Safran...), des constructeurs informatiques et sociétés de services (CS, HP et Bull), des centres de recherches (université de Versailles Saint-Quentin, INT, Ecole Centrale, ENS-Cachan...), des autorités locales (Communauté de communes, département), startups (Distène, Numtech...).
L'originalité de Teratec est de réunir dans un même lieu

  • des accès à de très grandes puissances de calculs
  • des sociétés offreuses de solutions et de services
  • des équipes de recherche et de formation dans le domaine HPC

Teratec a par ailleurs comme objectifs de favoriser l'émergence et la mise en place de grands projets fédérateurs dans ce domaine.
Teratec dispose de près de 8 teraflops, dont 3 teraflops proposés par Bull et HP. On s'aperçoit déjà que les besoins en puissance de calcul sont encore bien supérieurs à ce qui avait été envisagé et la puissance devrait augmenter très rapidement.
 
Merci à Christian Saguez, président de Teratec, pour ces précisions.
 

 
 

Mise en pratique : simulation du fonctionnement de l'arme nucléaire

En 1996, Jacques Chirac annonce que la France signera le traité d'interdiction des essais nucléaires Option Zéro (CTBT) et n'effectuera plus aucun essai d'arme nucléaire. Tous les nouveaux développements se feront uniquement à l'aide de simulation. C'est le CEA / DAM (Commissariat à l'Energie Atomique / Direction des Applications Militaires) qui est chargé de cette tâche.
Jusqu'alors, le résultat de toute simulation pouvait être conforté par un essai réel. Avant de laisser monter 400 passagers dans un Airbus, un pilote d'essai est chargé de certifier l'appareil. Même chose dans l'automobile ; après de longs essais d'accident en simulation, on procède à des crash tests réels.
Dans ce cas inédit, le CEA doit garantir l'efficacité et la sûreté de ses armes sans aucun essai réel, ce qui a fait naître de nouveaux besoins de puissance.
La puissance de calcul nécessaire a été déterminée indépendamment de ce que pouvaient proposer les constructeurs : 100 teraflops soutenus en 2009, soit environ 0,6 petaflops en crête.
La première machine installée en 2001 dans le cadre de ce programme a été un cluster SMP Compaq (processeur Alpha) d'une puissance de 5 Teraflops. Elle génére près de 10 teraoctets de données par jour, soit 1 petabyte par an.
 

 
Début 2004, un nouvel appel d'offres à été lancé avec des spécifications de performances 10 fois supérieures à la précédente pour le calcul et 15 fois supérieures pour les entrées-sorties. 4 constructeurs ont répondu au cahier des charges dans une même enveloppe de prix, suivant 270 critères, dont 70 mesurés (benchmark) : Bull, HP, IBM et Linux Networks.
Contrairement aux autres supercalculateurs, l'ordinateur Défense n'est pas connecté avec l'extérieur, pour des raisons bien compréhensibles. Il peut cependant accueillir d'autres utilisateurs exceptionnellement : quelques grands challenges de recherche nécessitant une puissance extraordinaire.
 
Merci à Jean Gonnord, chef de projet Simulation numérique et informatique, CEA/DAM.
 

 

 
 
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