Calcul Numérique
Dans de nombreuses disciplines, des nanosciences aux sciences humaines, en passant par l'astrophysique ou la biologie, la recherche s'appuie sur des simulations et modélisations, Pour travailler à grande échelle, les chercheurs, les enseignants de Masters ou les industriels ont besoin de matériel informatique adapté au calcul haute performance.
La politique Européenne en matière de calcul numérique intensif est définie dans ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructure). Il s’agit d’une architecture pyramidale en 3 niveaux :
- sommet (tier 0) : 3 à 5 centres européens d'une puissance supérieure à 1 Pflop/s
- milieu (tier 1) : des centres nationaux de puissance 300 Tflop/s (10 fois moins que tier 0) tels que le Genci (Grand Equipement National de Calcul Intensif - http://www.genci.fr) en France.
- base (tier 2) : des mésocentres universitaires/régionaux de puissance 30 Tflop/s (100 fois moins que tier 0) tel que Centre de calcul numérique intensif de l'uB.
Ces trois niveaux sont indissociables car complémentaires. Le tier 2 est essentiellement réservé à la formation des personnes, au développement des applications et à la production scientifique. Les niveaux supérieurs (tier 0 et 1) intervenant lorsque les chercheurs présentent une expertise dans le domaine du calcul intensif et lorsque les moyens locaux ne permettent plus de répondre à la dimension du problème scientifique posé.
Depuis quelques années, la France s'est dotée de centres de calcul de taille conséquente au CINES (Centre informatique national de l'enseignement supérieur), à l'IDRIS (Institut du développement et des ressources en informatique scientifique) et au CEA-CCRT (Centre de calcul recherche et technologie). Ces équipements sont regroupés au sein de la société civile GENCI (Grand équipement national de calcul intensif) dont l'objectif est de promouvoir l'utilisation de la modélisation, de la simulation et du calcul intensif de la recherche fondamentale et dans la recherche industrielle.
Pour pouvoir répondre localement à cette demande, l’université de Bourgogne consolide son mésocentre de calcul scientifique, d'une puissance intermédiaire entre les ressources des laboratoires et les centres nationaux tels que le CINES.
La mission des mésocentres est donc plus une mission de proximité (formation, développement et production) et de support, en rapport avec des ressources d’environ 10% de celles d’un centre national, Leur positionnement leur permet plus de souplesse et d'écoute car ils sont au service d'un moins grand nombre d'utilisateurs, parfois d'une communauté. Ils ont pour but, d'une part, de répondre aux attentes de leurs utilisateurs en fournissant des moyens matériels et logiciels opérationnels et, d'autre part, de diffuser la culture du calcul scientifique soit en animant des réunions ou des formations, en participant aux enseignements ou en aidant les utilisateurs dans l'accès à ces ressources.
Qu'est-ce que le calcul haute performance ?
Les besoins de puissance de calcul sont de plus en plus importants dans la recherche et l'industrie : recours grandissant aux simulations pour explorer des domaines peu connus ou difficilement observables, capacité des ordinateurs à traiter des données de grande taille pour en extraire l'information, capacité à explorer des espaces de solutions en vue de trouver des choix de meilleures qualité.
La simulation numérique est une technique qui vise à reproduire, de manière virtuelle, les conditions de déroulement d'un phénomène physique. A partir des équations qui décrivent ou modélisent un comportement, les chercheurs, reproduisent son évolution au cours du temps et observent l'évolution des différentes grandeurs physiques qui caractérisent le système. Le déroulement des expériences est simulé : cette technique a l'avantage de permettre de se passer des ingrédients physiques nécessaires à sa réalisation concrète, ce qui présente un intérêt lorsque les expériences sont coûteuses, par exemple lorsqu'elles nécessitent du matériel de haute précision pour une observation à très petite échelle ou qu'elles supposent la destruction de matériel comme dans les crashs de voitures. Il est ainsi possible de réaliser des expériences irréalisables dans notre environnement physique.
Dans de nombreux secteurs, c'est aujourd'hui devenu un outil indispensable à la résolution de problèmes dit combinatoires, lorsque le nombre de combinaisons possibles pour un ensemble de paramètres est devenu trop important pour pouvoir laisser à une personne le soin de toutes les explorer. Cette approche peut aussi bien être utilisée pour optimiser le rendement énergétique d'un moteur que pour la recherche pétrolière ou la finance.
La puissance de calcul est, pour finir, nécessaire pour le traitement de données. Son augmentation va d'ailleurs de paire avec un accroissement du volume de celles-ci, d'une part car les simulations évoquées précédemment en génèrent de grandes quantités et d'autre part car les capacités de traitement, c'est-à-dire d'interprétation, de ces données permettent de considérer des volumes plus grands. Il est donc nécessaire d'associer aux équipements de calcul des capacités de stockage en relation avec leur puissance. Parmi les techniques qui requièrent à la fois de grandes capacités de stockage et de grandes puissances de calcul, nous pouvons citer le traitement des images satellites, la génération d'images de synthèses ou les travaux sur les bases de desDSIption des protéines.
Le calcul numérique intensif est un composant intrinsèque de la recherche à l’Université de Bourgogne, aussi bien dans les disciplines qui l’ont toujours traditionnellement utilisée, telles que la physique, la chimie, les mathématiques pures et la climatologie, que dans des disciplines qui n’en avaient pas coutume, telle que la psychologie cognitive, les sciences du gout, la génomique ou la bio-physique.
Rappel : Parmi les mésocentres en France, le Centre de Calcul de l’uB se classe 10ème pour la puissance disponible (enquête février 2011).
Le Centre de Calcul de l’uB met à disposition de nombreuses disciplines plus de 150 serveurs de calcul et de stockage de données, administrés sous forme de clusters, en particulier :
Cluster de calcul de 1000 cœurs (x86_64), orienté calcul séquentiel et parallèle, avec OS Linux, d’une puissance crête de 10 Tflops, avec un réseau rapide InfiniBand à faible latence.
Le stockage est hiérarchisé de la façon suivante :
- un espace permanent sauvegardé (3 To)
- un espace de travail (/work) de 40 To – machine haute performance (débit de 1.2 Go/s)
- un espace d’archivage (/archive) de 140 To.
Le programme de développement du CCUB est programmé de la façon suivante : une année, les investissements portent sur le stockage et le réseau (et marginalement sur le calcul) et l’année suivante, l’accent est mis sur les moyens de calcul.
Les laboratoires participent également au renforcement du CCUB par l’acquisition de matériels, hébergés et mutualisé à la DSI /CCUB, sur fonds propres.
On notera que la puissance de calcul est multipliée par 10 tous les 4 ans. Par ailleurs, un mésocentre régional se dimensionne comme 10% de la puissance d’un centre National tel que le CINES. A très court terme, le CCUB doit rattraper son retard en passant à 30 Tflops de puissance et se fixer comme objectif d’atteindre 533 Tflops en 2016 (3 000 Tflops en 2019).
Ces évolutions nécessitent une mise en adéquation des infrastructures et la création d’un datacenter dont la livraison est prévue pour septembre 2015.
Pour plus d'informations concernant le calcul numérique à l'uB, contacter Olivier POLITANO (olivier.politano(at)u-bourgogne.fr), pôle S.I.U.N., Centre de Calcul de l'UB.
