La science en toute simplicité : Qu’est-ce que l’Exascale Computing ?

Le calcul exascale est la prochaine étape dans le développement des superordinateurs. Capables de traiter des informations beaucoup plus rapidement que les superordinateurs les plus puissants d’aujourd’hui, les ordinateurs exascale donneront aux scientifiques un nouvel outil pour relever certains des plus grands défis auxquels notre monde est confronté, du changement climatique à la compréhension du cancer en passant par la conception de nouveaux types de matériaux.

Les ordinateurs exascale sont des ordinateurs numériques, à peu près semblables aux ordinateurs et superordinateurs actuels, mais avec un matériel beaucoup plus puissant. Ils se distinguent ainsi des ordinateurs quantiques, qui représentent une approche totalement nouvelle de la construction d’un ordinateur adapté à des types de questions spécifiques.

Comment l’informatique exascale se compare-t-elle aux autres ordinateurs ? Les scientifiques mesurent les performances des ordinateurs en fonction des opérations en virgule flottante par seconde (FLOPS). Il s’agit d’opérations arithmétiques simples, comme des problèmes d’addition et de multiplication. En général, une personne peut résoudre des problèmes d’addition avec un stylo et du papier à une vitesse de 1 FLOP. Cela signifie qu’il nous faut une seconde pour résoudre un problème d’addition simple. Les ordinateurs sont beaucoup plus rapides que les personnes. Leur performance en FLOPS comporte tellement de zéros que les chercheurs utilisent plutôt des préfixes. Par exemple, le préfixe “giga” désigne un nombre comportant neuf zéros. Un processeur d’ordinateur personnel moderne peut fonctionner dans la gamme des gigaflops, soit environ 150 000 000 000 FLOPS, ou 150 gigaFLOPS. “Tera” signifie 12 zéros. Les ordinateurs ont franchi le cap de la terascale en 1996 avec le supercalculateur Intel ASCI Red du ministère de l’énergie (DOE). La performance maximale de l’ASCI Red était de 1 340 000 000 000 FLOPS, soit 1,34 teraFLOPS.

Le supercalculateur Frontier du Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) devrait être le premier ordinateur exascale des États-Unis. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation du Oak Ridge National Laboratory.

L’informatique exascale est inimaginablement plus rapide que cela. “Exa” signifie 18 zéros. Cela signifie qu’un ordinateur exascale peut réaliser plus de 1 000 000 000 000 000 000 FLOPS, soit 1 exaFLOP. C’est plus d’un million de fois plus rapide que la performance maximale de l’ASCI Red en 1996.

Construire un ordinateur aussi puissant n’est pas facile. Lorsque les scientifiques ont commencé à penser sérieusement aux ordinateurs exascale, ils ont prédit que ces ordinateurs pourraient avoir besoin d’autant d’énergie qu’une cinquantaine de foyers. Ce chiffre a été revu à la baisse, grâce aux recherches en cours avec les fournisseurs d’ordinateurs. Les scientifiques doivent également trouver des moyens de garantir la fiabilité des ordinateurs exascale, malgré le nombre considérable de composants qu’ils contiennent. En outre, ils doivent trouver des moyens de déplacer les données entre les processeurs et le stockage suffisamment rapidement pour éviter les ralentissements.

Pourquoi avons-nous besoin d’ordinateurs exascale ? Les défis auxquels notre monde est confronté et les questions les plus complexes de la recherche scientifique nécessitent de plus en plus de puissance informatique pour être résolus. Les superordinateurs Exascale permettront aux scientifiques de créer des modèles plus réalistes et plus efficaces. Modèles du système terrestre et du climat. Ils aideront les chercheurs à comprendre la nanoscience qui sous-tend les nouveaux matériaux. Les ordinateurs Exascale nous aideront à construire les futurs centrales à fusion. Ils alimenteront les nouvelles études de l’universde la physique des particules à la formation des étoiles. Et ces ordinateurs contribueront à assurer la sûreté et la sécurité des États-Unis en soutenant des tâches telles que le le maintien de notre dissuasion nucléaire.

Faits saillants

• Regardez la vidéo d’un véhicule à propulsion exascale. Simulation COVID
• de NVIDIA.
• Les performances des ordinateurs n’ont cessé d’augmenter depuis les années 1940.
• L’ordinateur à tube à vide Colossus était le premier ordinateur électronique au monde. Construit en Grande-Bretagne pendant la Seconde Guerre mondiale, Colossus fonctionnait à 500 000 FLOPS.
• Le CDC 6600 en 1964 était le premier superordinateur avec 3 mégaFLOPS.
• Cray-2 en 1985 a été le premier superordinateur à atteindre plus de 1 gigaFLOPS.
• ASCI Red en 1996 était le premier ordinateur massivement parallèle atteignant plus d’un téraFLOP.
• Roadrunner en 2008, premier supercalculateur à atteindre 1 petaFLOP.

Contributions du DOE au calcul exascale

Le programme de recherche en calcul scientifique avancé de l’Office of Science du Department of Energy (DOE) travaille depuis des décennies avec des entreprises technologiques américaines pour construire des superordinateurs qui font tomber les barrières de la découverte scientifique. Les laboratoires nationaux Lawrence Berkeley, Oak Ridge et Argonne abritent les installations des utilisateurs du DOE Office of Science pour le calcul à haute performance. Ces installations permettent aux scientifiques d’accéder aux ordinateurs en fonction des avantages potentiels de leurs recherches. Le calcul exascale du DOEL’initiative, codirigée par l’Office of Science et la National Nuclear Security Administration (NNSA) du DOE, a débuté en 2016 dans le but d’accélérer le développement d’un écosystème de calcul exascale. L’une des composantes de l’initiative est le projet de sept ans… Projet de calcul exascale

. Ce projet vise à préparer les scientifiques et les installations informatiques à l’exascale. Il se concentre sur trois grands domaines :

• Développement d’applications : création d’applications qui tirent pleinement parti des ordinateurs exascale.
• Technologie logicielle : développer de nouveaux outils pour gérer les systèmes, traiter des quantités massives de données et intégrer les futurs ordinateurs aux systèmes informatiques existants.
• Matériel et intégration : établir des partenariats pour créer de nouveaux composants, de nouvelles formations, des normes et des tests continus pour faire fonctionner ces nouveaux outils dans nos laboratoires nationaux et autres installations.

Le DOE déploie les premiers ordinateurs exascale des États-Unis : Frontier à l’ORNL et Aurora à l’Argonne National Laboratory et El Capitan au Lawrence Livermore National Laboratory.