Calcul haute performance : Inria impliqué dans huit projets européens

Parce qu’il propulse la puissance des ordinateurs à des niveaux jamais atteints, le calcul haute performance (HPC) est devenu en quelques années un sujet prioritaire pour la plupart des États. « On évoque ici et là des calculateurs dits "exascales", capables d’effectuer un milliard de milliards d’opérations à la seconde, illustre Emmanuel Jeannot, délégué scientifique d’Inria Bordeaux – Sud-Ouest. C’est deux fois plus que la machine la plus puissante du monde à ce jour, et vingt fois plus que la meilleure machine européenne. » Cette extraordinaire capacité permettrait de résoudre par la simulation des problèmes insolubles aujourd’hui, par exemple en mécanique des fluides, dans les domaines médical, de la météo, du climat, etc., et de perfectionner encore l’analyse de données, notamment via les outils d’intelligence artificielle.

Les enjeux sont tels que l’Union européenne a mis sur pied avec des États-membres et des partenaires privés une initiative conjointe baptisée EuroHPC. Elle cofinance de la recherche de pointe sur le développement, le déploiement et la maintenance de supercalculateurs européens de classe mondiale. Inria a participé à ses deux derniers appels à projets, en janvier et juillet 2020 : il est partenaire de huit des projets retenus.

« Le taux moyen de succès à ces appels est faible ; nous sommes d’autant plus heureux d’avoir enregistré un tel score, souligne Lucia Marta, chargée des partenariats et des projets d’innovation européens à Bordeaux. Pour en arriver là, Inria a beaucoup sensibilisé et accompagné les chercheurs dans leurs soumissions de candidatures. Car répondre à ces appels est plus lourd et complexe que de solliciter un financement national. Il faut trouver les meilleurs partenaires, monter un consortium européen, préparer un dossier en anglais, anticiper de plusieurs mois… »

Les huit projets EuroHPC dans lesquels Inria est impliqué mobilisent au total onze équipes issues de six centres régionaux. Bordeaux – Sud-Ouest, très actif en HPC, joue un rôle prépondérant avec cinq équipes présentes dans six projets. Dans chaque consortium, les chercheurs Inria travailleront en lien étroit avec des spécialistes du matériel.

La forte présence d’Inria reflète l’existence en son sein d’une palette de compétences qui couvre l’ensemble des aspects logiciels du HPC. Cette stratégie de recherche, présente en particulier au centre Bordeaux – Sud-Ouest, permet de faire collaborer différentes équipes pour traiter un continuum de sujets complexes. C’est un passage obligé vers une souveraineté française ou européenne en calcul haute performance.

Ces projets EuroHPC permettront en premier lieu à Inria de développer des algorithmes d’ordonnancement chargés de gérer les ressources matérielles. Sur des machines HPC dotées de dizaines de milliers de cœurs de calcul, leur rôle est essentiel. Il faut les concevoir et au préalable, les modéliser pour s’assurer qu’ils présenteront les propriétés de fonctionnement voulues.

En second lieu, second domaine, la gestion des données. Le HPC travaille si vite qu’il est difficile d’acheminer les données d’entrée et d’archiver les résultats à un rythme suffisant. Faute d’optimisation, ces deux étapes peuvent devenir des goulots d’étranglement et pénaliser les performances.

La recherche Inria sur le HPC couvre aussi, en troisième lieu, les supports d’exécution, chargés d’implanter les algorithmes. Ils orchestrent le parallélisme des calculs et font dialoguer entre eux les processeurs, qui ne sont pas forcément identiques : pour l’un des projets retenus, le supercalculateur pourrait combiner des produits standard et des accélérateurs de carte graphique, bien adaptés aux tâches d’intelligence artificielle.

À côté des chercheurs en informatique, Inria compte des spécialistes en mathématiques appliquées capables de développer des outils de simulation. « Modéliser des écoulements aérodynamiques ou le fonctionnement du muscle cardiaque à l’échelle de chaque cellule relève d’une expertise scientifique de haut vol, souligne Emmanuel Jeannot. Ce sont ces outils applicatifs qui en fin de compte, donnent au HPC sa raison d’être. »

Même si l’ambition d’EuroHPC porte sur des infrastructures de calcul exascales, Emmanuel Jeannot reste prudent :

Une telle machine occuperait plusieurs centaines de mètres carrés au sol, totaliserait environ un million de cœurs et nécessiterait chaque année un budget électricité de vingt millions d’euros. On n’en construira sans doute que quelques exemplaires ; les supercalculateurs de taille plus modeste seront les plus nombreux. Ce qui n’enlève rien à l’urgence des travaux sur leurs architectures matérielles, leurs logiciels machines et leurs applicatifs, qui s’attachent aussi à leur cas.

De plus, il existe des incertitudes sur certains choix techniques, par exemple les processeurs. Intel domine le marché, mais son concurrent ARM propose des produits plus simples spécialisés dans le HPC. La Chine, privée de ces technologies par l’embargo américain, conçoit ses propres processeurs. Or, ces trois options impliquent des solutions logicielles différentes.

Les huit projets EuroHPC démarrent selon les cas en 2021 ou en 2022, pour une durée de 36 à 48 mois. Sans préjuger de leurs résultats, Inria peut se réjouir d’avoir progressé sur un point de son contrat d’objectifs et de performances avec ses tutelles : la montée en puissance de ses projets collaboratifs européens à fort impact économique et sociétal.

• Quand des erreurs se produisent dans les supercalculateurs, interstices.info, 10 février 2020
• Optimiser le calcul haute performance, un défi scientifique et écologique, inria.fr, 14 avril 2021