Calcul haute performance

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Le calcul haute performance ( HPC ) consiste à utiliser des supercalculateurs et des grappes d'ordinateurs pour résoudre des problèmes complexes.

l'administration système (incluant les connaissances en réseau et sécurité), le calcul parallèle et le calcul distribué dans un domaine multidisciplinaire qui combine l'électronique numérique , l'architecture informatique , les logiciels système , les langages de programmation , les algorithmes et les techniques de calcul. Les technologies HPC sont les outils et systèmes utilisés pour implémenter et créer des systèmes de calcul haute performance. Depuis environ 2005, les systèmes HPC sont passés du supercalcul aux clusters et grilles de calcul . En raison des besoins de mise en réseau dans les clusters et les grilles, les technologies de calcul haute performance sont mises en œuvre grâce à une architecture de réseau dorsal simplifiée, car cette architecture est facile à dépanner et les mises à niveau peuvent être appliquées à un seul routeur au lieu de plusieurs. Le HPC s'intègre à l'analyse de données dans les flux de travail d'ingénierie de l'IA pour générer de nouveaux flux de données qui améliorent la capacité d'une simulation à répondre aux questions hypothétiques.

Le terme est le plus souvent associé au calcul scientifique appliqué à la recherche scientifique ou aux sciences computationnelles . Un terme apparenté, le calcul technique haute performance (HPTC), désigne généralement les applications d'ingénierie du calcul en grappes (telles que la dynamique des fluides numérique et la conception et le test de prototypes virtuels ). Le calcul haute performance (HPC) est également utilisé dans des domaines d'activité tels que les entrepôts de données , les applications métiers et le traitement transactionnel .

Le terme « calcul haute performance » (HPC) est apparu après celui de « supercalcul ». HPC est parfois utilisé comme synonyme de supercalcul ; cependant, dans d’autres contextes, « superordinateur » désigne un sous-ensemble plus puissant d’« ordinateurs haute performance », et le terme « supercalcul » devient alors un sous-ensemble du « calcul haute performance ». Le risque de confusion lié à l’utilisation de ces termes est évident.

La plupart des applications actuelles n'étant pas conçues pour les technologies HPC mais adaptées a posteriori, elles ne sont ni conçues ni testées pour une mise à l'échelle sur des processeurs ou des machines plus puissants. Les clusters et les grilles de calcul utilisant plusieurs processeurs et ordinateurs, ces problèmes de mise à l'échelle peuvent paralyser les systèmes critiques des futurs supercalculateurs. Par conséquent, soit les outils existants ne répondent pas aux besoins de la communauté du calcul haute performance, soit cette communauté ignore leur existence. Voici quelques exemples de technologies HPC commerciales :

ingénierie structurelle pour la conception de bâtiments
la simulation d'accidents de voiture pour la conception structurelle
interaction moléculaire pour la conception de nouveaux médicaments
le flux d'air au-dessus des automobiles ou des avions
modélisation climatique et prévisions météorologiques
recherche génétique et séquençage de l'ADN
développement de la robotique et des véhicules autonomes
Simulations électromagnétiques pour les communications sans fil

Au sein des institutions gouvernementales et de recherche, les scientifiques simulent la formation et l'évolution des galaxies , l'énergie de fusion et le réchauffement climatique, et s'efforcent d'établir des prévisions météorologiques à court et à long terme plus précises. En 2008, le dixième supercalculateur le plus puissant au monde, IBM Roadrunner (situé au Laboratoire national de Los Alamos du département de l'Énergie des États-Unis ) , a simulé les performances, la sûreté et la fiabilité des armes nucléaires et a certifié leur bon fonctionnement.

TOP500

de performance LINPACK (HPL). Certains ordinateurs ne figurent pas dans ce classement, soit parce qu'ils ne sont pas éligibles (par exemple, parce qu'ils ne peuvent pas exécuter le test HPL), soit parce que leurs propriétaires n'ont pas soumis de score HPL (par exemple, pour des raisons de sécurité). De plus, l'utilisation du seul test LINPACK est controversée, car aucune mesure ne peut à elle seule évaluer tous les aspects d'un ordinateur hautes performances. Afin de pallier les limitations du test LINPACK, le gouvernement américain a chargé l'un de ses concepteurs, Jack Dongarra de l'Université du Tennessee, de créer une suite de tests de performance incluant LINPACK et d'autres, appelée HPC Challenge. Cette suite, en constante évolution, a été utilisée dans certains marchés publics de calcul haute performance, mais, n'étant pas réductible à un seul chiffre, elle n'a pas pu rivaliser avec l'avantage médiatique du test LINPACK du TOP500, jugé moins pertinent. La liste TOP500 est mise à jour deux fois par an, une fois en juin lors de la conférence européenne sur le supercalcul ISC et une autre fois lors d'une conférence américaine sur le supercalcul en novembre.

De nombreuses idées à l'origine de la nouvelle vague de calcul distribué ont été empruntées au calcul haute performance (HPC).

Calcul haute performance dans le cloud

sur site , nécessitant des investissements dans des supercalculateurs ou des clusters de calcul. Au cours de la dernière décennie, le cloud computing a gagné en popularité, offrant des ressources informatiques au secteur commercial indépendamment de ses capacités d'investissement. Certaines caractéristiques, comme la scalabilité et la conteneurisation, ont également suscité un intérêt croissant dans le milieu universitaire. Toutefois, les questions de sécurité dans le cloud, telles que la confidentialité des données, restent des points essentiels à prendre en compte lors du choix entre des ressources HPC dans le cloud ou sur site.

Les supercalculateurs les plus performants actuellement

El Capitan : ce système HPE Cray EX255a atteint 1,742 exaFLOPS avec 1 051 392 cœurs de processeur et 9 988 224 cœurs d’accélération, soit un total de 11 039 616 cœurs. Il utilise la technologie d’interconnexion Slingshot-11 et est hébergé au Laboratoire national Lawrence Livermore , aux États-Unis .

Frontier : avec une puissance de calcul de 1,353 exaFLOPS, ce système HPE Cray EX235a comprend 614 656 cœurs de processeur et 8 451 520 cœurs d’accélération, soit un total de 9 066 176 cœurs. Il fonctionne avec des interconnexions Slingshot-11 au Laboratoire national d’Oak Ridge , aux États-Unis.

Aurora : ce système, basé sur des processeurs Intel, offre une puissance de calcul de 1,012 exaFLOPS grâce aux architectures Xeon et Ponte Vecchio. Il est installé au Laboratoire national d’Argonne , aux États-Unis.

Eagle, équipé de processeurs Intel Xeon Platinum 8480C 48 cœurs à 2 GHz et de GPU NVIDIA H100, atteint une puissance de calcul de 561,20 pétaFLOPS, avec 2 073 600 cœurs. Il intègre la technologie NVIDIA Infiniband NDR pour une connectivité haut débit et est hébergé par Microsoft Azure aux États-Unis.

HPC6 : le supercalculateur industriel le plus puissant au monde, développé par Eni et mis en service en novembre 2024, possède une puissance de calcul de 606 pétaFLOPS. Il est utilisé pour la recherche énergétique et est exploité en Italie , au sein du centre de données Eni Green Data Center de Ferrera Erbognone (PV).

Fugaku : développé par Fujitsu , ce système atteint une puissance de calcul de 442,01 pétaFLOPS grâce à des processeurs A64FX 48C cadencés à 2,2 GHz et à la technologie d’interconnexion Tofu D. Il est situé au Centre RIKEN pour les sciences computationnelles, au Japon .

Alpes : ce système HPE Cray EX254n atteint 434,90 pétaFLOPS, grâce à des processeurs NVIDIA Grace 72C cadencés à 3,1 GHz et des superchips NVIDIA GH200, interconnectés par des liaisons Slingshot-11. Il est situé au CSCS , en Suisse .

LUMI : l’un des supercalculateurs les plus rapides d’Europe, LUMI atteint une puissance de calcul de 379,70 pétaFLOPS grâce à des processeurs AMD EPYC 64C de 3e génération optimisés à 2 GHz et des accélérateurs AMD Instinct MI250X. Il est hébergé par le CSC ( Finlande ) dans le cadre de l’ initiative EuroHPC .

Leonardo : développé dans le cadre de l’initiative EuroHPC, ce système BullSequana XH2000 atteint 241,20 pétaFLOPS grâce à des processeurs Xeon Platinum 8358 32 cœurs à 2,6 GHz et des accélérateurs NVIDIA A100 SXM4 de 64 Go. Il est installé au CINECA , en Italie .

Tuolumne : Tuolumne atteint une puissance de calcul de 208,10 pétaFLOPS et est alimenté par des processeurs AMD EPYC 24 cœurs de 4e génération cadencés à 1,8 GHz et des accélérateurs AMD Instinct MI300A. Il est hébergé au Laboratoire national Lawrence Livermore , aux États-Unis.

MareNostrum 5 ACC : ce système BullSequana XH3000 fonctionne à 175,30 pétaFLOPS, grâce à des processeurs Xeon Platinum 8460Y+ 32 cœurs à 2,3 GHz et des accélérateurs NVIDIA H100 de 64 Go. Il est hébergé par le Barcelona Supercomputing Center (BSC), en Espagne , dans le cadre d’EuroHPC.