L’Europe se prépare à accueillir l’un des supercalculateurs les plus puissants du monde, qui se distinguera par sa technologie de pointe. Le système Jupiter, qui devrait être opérationnel en 2024, sera le premier supercalculateur exascale d’Europe, capable d’effectuer plus d’un milliard de milliards d’opérations par seconde. Mais ce qui rend Jupiter vraiment spécial, c’est qu’il ne fonctionnera pas sur des processeurs x86, comme la plupart des supercalculateurs actuels, mais sur des processeurs ARML'un des supercalculateurs les plus puissants au monde sera bientôt en ligne en Europe, mais ce n'est pas seulement sa vitesse brute qui rendra le supercalculateur Jupiter spécial. Contrairement à la plupart des supercalculateurs du Top 500, le système exascale Jupiter s'appuiera sur des cœurs ARM au lieu de composants x86. Intel et AMD pourraient être déçus, mais Nvidia aura une part de l'action Jupiter.
Pour mémoire, le milliard d’instructions par seconde (gigaflops) a été dépassé en 1985 ; les 1000 milliards (téraflops) en 1997 ; le million de milliards en 2008. En 2016, le cap du pétaflops a été franchi par plus d’une centaine de machines de par le monde. En mai 2022, le système Frontier, développé par IBM pour une utilisation au Oak Ridge National Laboratory, est devenu le premier supercalculateur analysé publiquement à franchir l’exaflop, soit la capacité à effectuer un milliard de milliards de calculs chaque seconde.
L’exascale permettra de traiter des charges de travail très complexes et volumineuses, telles que la simulation numérique, l’intelligence artificielle, l’analyse des données ou la cryptographie. Selon les professionnels du métier, l’exascale aura un impact sans précédent sur la société et l’économie, en ouvrant la voie à des découvertes scientifiques, des innovations technologiques, des applications industrielles et des solutions aux grands défis mondiaux.
Plusieurs pays sont engagés dans une course à l’exascale, avec des programmes aux États-Unis, en Europe, en Chine et au Japon.
Il faut noter que l’exascale pose des défis importants en termes de conception, de coût, de consommation énergétique, de fiabilité, de sécurité et de programmation. Il faut notamment développer des logiciels adaptés à l’architecture massivement parallèle et à la diversité des processeurs, ainsi que des méthodes efficaces pour gérer les erreurs, les interférences ou les cyberattaques. Il faut aussi optimiser le stockage et le transfert des données, qui atteignent plusieurs pétaoctets. Enfin, il faut réduire la consommation électrique des supercalculateurs exascale, qui peut dépasser les 20 mégawatts.
L'intérêt est alors porté sur des processeurs ARM
Les processeurs ARM sont connus pour leur faible consommation d’énergie et leur efficacité, ce qui les rend populaires dans les appareils mobiles. Mais ils ont aussi des avantages pour les applications de calcul haute performance (HPC), comme le montre le choix de l’entreprise européenne SiPearl, qui fournira les processeurs Rhea pour le système Jupiter. Les processeurs Rhea sont basés sur l’architecture Neoverse V1 d’ARM, spécialement conçue pour le HPC, avec 72 cœurs chacun. Ils supportent la mémoire à haute bande passante HBM2e, ainsi que la DDR5, et disposent d’un cache impressionnant de 160 Mo.
L'Europe s'efforce d'obtenir son indépendance matérielle avec des conceptions de processeurs locales, le choix des processeurs Rhea pour Jupiter ne devrait donc pas être une surprise.
SiPearl, basée en France, a commencé à développer Rhea avec un financement de démarrage de la European Processor Initiative (EPI), qui souhaite développer des conceptions de puces ouvertes réduisant la dépendance aux technologies de puces étrangères. L'EPI se concentre fortement sur la conception de puces basées sur l'architecture open source RISC-V.
SiPearl est une société de conception de puces relativement nouvelle par rapport aux sociétés Intel et AMD bien établies et est maintenant sous pression pour prouver que sa puce prendra en charge les performances exaflop.
SiPearl a choisi ARM car il est bien établi et prêt pour des applications hautes performances. Les experts affirment que RISC-V sera encore loin d’être adopté par le grand public dans de nombreuses années. EuroHPC JU a demandé aux fournisseurs de Jupiter de répondre aux exigences d'efficacité énergétique, de performances, de stabilité du système et de programmabilité.
Malgré les discussions du PDG Pat Gelsinger avec des responsables de l'Union européenne pour garantir davantage d'affaires à Intel, le fabricant de puces a été exclu du projet.
L'Allemagne va accueillir Jupiter
Le système Jupiter sera installé au Centre de calcul de Jülich à Munich, dans le cadre du projet EuroHPC JU, qui vise à renforcer la capacité de calcul de l’Europe et à réduire sa dépendance vis-à-vis des fournisseurs étrangers. Le projet implique également les entreprises Eviden et ParTec, qui se chargeront de l’assemblage et du logiciel du supercalculateur.
Nvidia est l'autre grand gagnant du projet Jupiter. En effet le système Jupiter bénéficiera également du module Booster de Nvidia, qui comprend des GPU et des interconnexions Mellanox à ultra-haute bande passante1. Le type exact de GPU n’a pas encore été annoncé, mais il pourrait s’agir du H100, le dernier modèle en date de Nvidia
Selon EuroHPC, Jupiter sera utilisé pour aider à résoudre des problèmes scientifiques importants tels que le changement climatique, la lutte contre les pandémies et la production d'énergie durable. Il est également destiné à permettre des applications impliquant l'intelligence artificielle et l'analyse de grands volumes de données.
Atteindre le niveau d'exascale est la prochaine grande étape dans le domaine du calcul haute performance, a déclaré le professeur Astrid Lambrecht, du conseil d'administration du Forschungszentrum Jülich.
« Notre objectif est d'offrir l'infrastructure la plus puissante d'Europe qui combine l'informatique neuromorphique, le supercalcul et l'informatique quantique, garantissant que divers groupes d'utilisateurs de la science et de l'industrie peuvent apprendre et grandir ensemble tout en bénéficiant les uns des autres », a-t-elle déclaré.
La moitié du financement de 500 millions d'euros pour Jupiter provient du programme EuroHPC JU, l'autre moitié sera fournie par le ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche (BMBF) et le ministère de Culture et science de l'État de Rhénanie du Nord-Westphalie (MKW NRW), où se trouve le Forschungszentrum Jülich.
Jupiter aurait également été conçu comme un supercalculateur « vert » et sera alimenté par de l'énergie verte, selon le Forschungszentrum Jülich. Il est également prévu que le système de refroidissement de Jupiter soit connecté au nouveau réseau basse température du campus afin que la chaleur résiduelle générée puisse être réutilisée.
Si cela vous semble familier, c'est parce que le supercalculateur LUMI, annoncé par EuroHPC en juin 2022 en Finlande, est également alimenté à l'énergie verte et utilise la chaleur résiduelle qu'il génère pour contribuer au chauffage des maisons voisines. LUMI est la propriété de l'entreprise commune EuroHPC et il est géré par un consortium de 10 pays ayant une longue tradition et des connaissances en matière de calcul scientifique. Les chercheurs de toute l'Europe peuvent demander l'accès aux ressources de LUMI, ce qui signifie que toute l'Europe peut bénéficier de ce nouvel instrument de recherche.
La décision finale d'installer le premier ordinateur exascale d'Europe au Forschungszentrum Jülich a apparemment été prise lors de l'inauguration du système LUMI.
Frontier reste le seul système exascale dans le TOP500
Le site web TOP500.org publie deux fois par an une liste des 500 supercalculateurs les plus puissants du monde, basée sur le test de performance Linpack. La dernière liste, publiée en juin 2023, montre que le système Frontier reste le seul supercalculateur exascale, capable d’effectuer plus d’un exaflop de calculs par seconde. Le système Frontier, situé au Oak Ridge National Laboratory aux États-Unis, occupe la première place du classement et dépasse de loin les autres systèmes en termes de puissance de calcul. Il utilise la plateforme HPE Cray EX235a, équipée de processeurs AMD Optimized 3rd Generation EPYC et de cartes graphiques AMD Instinct MI250X. Le système Frontier consomme environ 30 mégawatts d’électricité, ce qui est relativement faible par rapport à sa puissance de calcul.
« Frontier inaugure une nouvelle ère d'informatique exascale pour résoudre les plus grands défis scientifiques du monde », a déclaré Thomas Zacharia, directeur du Oak Ridge National Lab. « Cette étape n'offre qu'un aperçu de la capacité inégalée de Frontier en tant qu'outil de découverte scientifique. Il est le résultat de plus d'une décennie de collaboration entre les laboratoires nationaux, les universités et l'industrie privée, y compris le projet de calcul exascale du DOE, qui déploie les applications, les technologies logicielles, le matériel et l'intégration nécessaires pour assurer un impact à l'exascale ».
Le deuxième système du classement est le supercalculateur Fugaku, situé au RIKEN Center for Computational Science au Japon. Il utilise la plateforme Fujitsu A64FX, équipée de processeurs A64FX et d’un interconnexion Tofu D. Il atteint une performance de 442 pétaflops, soit environ un quart de celle du système Frontier et environ 90% de sa performance théorique maximale. Le système Fugaku consomme environ 28 mégawatts d’électricité.
Il faut attendre la troisième place pour voir débarquer un européen : le supercalculateur LUMI, situé au CSC en Finlande. Il fait partie du projet EuroHPC, qui vise à développer une infrastructure européenne d’informatique haute performance. Le système LUMI utilise également la plateforme HPE Cray EX235a, avec les mêmes composants que le système Frontier. Le système LUMI dispose de plus de 6 millions de cœurs de calcul et occupe une surface de 1 500 mètres carrés. Il atteint une performance de 309 pétaflops au test Linpack, soit environ 75% de sa performance théorique maximale. Le système LUMI consomme environ 15 mégawatts d’électricité.
Les autres systèmes du top 10 du classement TOP500 sont Leonardo en Italie, Summit et Sierra aux États-Unis, Sunway TaihuLight et Tianhe-2A en Chine, Perlmutter aux États-Unis et Selene aux États-Unis. Ces systèmes utilisent diverses combinaisons de processeurs Intel, AMD ou Sunway, et de cartes graphiques NVIDIA ou Matrix-2000. Ces systèmes atteignent des performances comprises entre 63 et 148 pétaflops au test Linpack.
La liste TOP500 fournit également d’autres informations sur les supercalculateurs, telles que le nombre de cœurs, la consommation électrique, le type d’interconnexion ou le pays d’origine. On peut ainsi observer les tendances et les évolutions du domaine de l’informatique haute performance, telles que la diversité des architectures, la convergence entre l’intelligence artificielle et le calcul scientifique, ou la compétition internationale pour la suprématie informatique.
Source : TOP500
Et vous ?
Quels sont les avantages et les inconvénients de l’utilisation des processeurs ARM au lieu des processeurs x86 pour les supercalculateurs ? Quels sont les domaines scientifiques qui bénéficieront le plus du système Jupiter et pourquoi ? Quels sont les défis techniques et logistiques que pose la construction d’un supercalculateur exascale ? Comment le système Jupiter contribuera-t-il à renforcer la souveraineté numérique de l’Europe et à réduire sa dépendance vis-à-vis des fournisseurs étrangers ? 
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