Superordinateur

Le superordinateur FSL JET du Forecast Systems Laboratory (en) de la National Oceanic and Atmospheric Administration (2000).

Les superordinateurs tirent leur supériorité sur les ordinateurs conventionnels à la fois grâce à :

• leur architecture, en « pipeline » (exécution d’une instruction identique sur une longue série de données) ou parallèle (nombre très élevé de processeurs fonctionnant chacun sur une partie du calcul), qui leur permet d’exécuter plusieurs tâches simultanément ;
• des composants électroniques rapides (structure de type serveurs lame utilisant des processeurs multi-cœur ou des cartes graphiques dédiées au calcul scientifique de dernière génération, de la mémoire vive et des équipements de stockage de masse — disque dur — reliés à la fibre optique en grande quantité, etc.) associés à un système d'exploitation dédié (comme Linux, majoritairement utilisé actuellement[3]).

Une lame IBM BladeCenter (en) HS20.

Ils sont presque toujours conçus spécifiquement pour un certain type de tâches (le plus souvent des calculs numériques scientifiques : calcul matriciel ou vectoriel) et ne cherchent pas de performance particulière dans d'autres domaines.

L’architecture mémorielle des supercalculateurs est étudiée pour fournir en continu les données à chaque processeur afin d’exploiter au maximum sa puissance de calcul. Les performances supérieures de la mémoire (meilleurs composants et meilleure architecture) expliquent pour une large part l’avantage des superordinateurs sur les ordinateurs classiques.

Leur système d’entrée/sortie (bus) est conçu pour fournir une large bande passante, la latence étant moins importante puisque ce type d’ordinateur n’est pas conçu pour traiter des transactions.

Comme pour tout système parallèle, la loi d’Amdahl s’applique, les concepteurs de superordinateurs consacrant une partie de leurs efforts à éliminer les parties non parallélisables du logiciel et à développer des améliorations matérielles pour supprimer les goulots d'étranglement restants.

Supercalculateur IBM Blue Gene/Q de l'Argonne National Laboratory (2013).

D'une part, les superordinateurs ont souvent besoin de plusieurs mégawatts de puissance électrique. Cette alimentation doit aussi être de qualité. En conséquence, ils produisent une grande quantité de chaleur et doivent donc être refroidis pour fonctionner normalement. Le refroidissement (par exemple à air) de ces ordinateurs pose souvent un problème important de climatisation.

D'autre part, les données ne peuvent circuler plus vite que la vitesse de la lumière entre deux parties d'un ordinateur. Lorsque la taille d’un superordinateur dépasse plusieurs mètres, le temps de latence entre certains composants se compte en dizaines de nanosecondes. Les éléments sont donc disposés pour limiter la longueur des câbles qui relient les composants. Sur le Cray-1 ou le Cray-II, par exemple, ils étaient disposés en cercle.

De nos jours, ces ordinateurs sont capables de traiter et de communiquer de très importants volumes de données en très peu de temps. La conception doit assurer que ces données puissent être lues, transférées et stockées rapidement. Dans le cas contraire, la puissance de calcul des processeurs serait sous-exploitée (goulot d’étranglement).

Le supercalculateur Jade installé par le GENCI au Centre informatique national de l'enseignement supérieur (CINES), à Montpellier, France (2010).

Le supercalculateur Occigen installé par le GENCI au CINES, à Montpellier (2015).

En 1993, l'Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) opère un ordinateur CM-5/128 qui utilise des processeurs SuperSPARC, il est classé 25^e au TOP500[15]. Trois ans plus tard, en 1996, l'Institut du développement et des ressources en informatique scientifique (IDRIS) parvient à atteindre la 12^e place mondiale avec le T3E construit par Cray[16].

À la mi-2002, le plus puissant des supercalculateurs français se classe 4^e au TOP500, c'est le TERA basé sur des processeurs Alpha à 1 GHz (AlphaServer SC45) et développé par Hewlett-Packard[17] ; il appartenait au Commissariat à l'énergie atomique (CEA). En janvier 2006, le TERA-10 de Bull lui succède, il génère une puissance de calcul de 60 téraFLOPS et se placera au 5^e rang mondial du TOP500[18].

En juin 2008, l'IDRIS et son Blue Gene/P Solution d'IBM affiche, selon le test LINPACK, une puissance de 120 téraflops et remporte la 10^e place[19].

En novembre 2009, la première machine française a pour nom Jade. De type « SGI Altix (en) » elle est basée au Centre informatique national de l'enseignement supérieur (CINES) de Montpellier. Ce supercalculateur se classe au 28^e rang mondial avec 128 téraflops au test LINPACK. Peu après, la configuration de la machine Jade est complétée pour atteindre une performance de 237 téraflops. La machine passe en juin 2010 au 18^e rang du TOP500[20]. C’est alors le troisième système informatique européen et le premier français, il est destiné à la recherche publique.

En novembre 2010, le record français est détenu par le TERA-100 de Bull. Installé au CEA à Bruyères-le-Châtel pour les besoins de la simulation militaire nucléaire française, avec une performance de 1 050 téraflops, cette machine se hisse au 6^e rang mondial et gagne le 1^er rang européen[21]. Elle est constituée de 17 296 processeurs Intel Xeon 7500 dotés chacun de huit cœurs et connectés par un réseau de type InfiniBand.

En mars 2012, Curie, un système conçu par Bull pour le GENCI, installé sur le site du Très Grand Centre de Calcul (TGCC) à Bruyères-le-Châtel, dispose d'une puissance de 1,359 pétaflops[22]. Il sera le supercalculateur le plus puissant de France en prenant la 9^e place du classement mondial[23]. Il est conçu pour délivrer 2 pétaflops.

En janvier 2013, les systèmes Ada et Turing construits par IBM sont installés à l'IDRIS d'Orsay. La somme de leur puissance dépasse le pétaflops. Ces deux machines sont à la disposition des chercheurs. En mars 2013, le supercalculateur Pangea[24] détenu par la société Total est inauguré, il devient le système le plus performant jamais installé en France. Sa puissance de calcul s'élève à 2,3 pétaflops. Équivalant à 27 000 ordinateurs de bureau réunis, il obtient la 11^e place mondiale[25].

En janvier 2015, le système Occigen, conçu par Bull, Atos technologies, pour le GENCI est installé sur le site du CINES ; il est doté d'une puissance de 2,1 pétaflops. Il se situait en 26^e position au classement mondial du TOP500 de novembre 2014[26].

En mars 2016, Total annonce avoir triplé la capacité de calcul de son supercalculateur Pangea, passant à une puissance de calculs de 6,7 pétaflops en pics de performance et de 5,28 pétaflops en puissance utilisable. Cela lui permet de retrouver le 11^e rang au TOP500[25] et le place ainsi en tête du secteur industriel mondial[27].

En juin 2022, le GENCI met en service Adastra, un superordinateur fourni par HPE-Cray hébergé au CINES. Ses 46,10 pétaflops lui permettent de gagner le 10^e rang mondial en termes de performances de calcul[28].

• Georges Karadimas (Snecma), « Les superordinateurs dans le secteur aérospatial français », dans Nouvelle revue Aéronautique et Astronautique, n^o 2, juin 1994 (ISSN 1247-5793).

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  • Store norske leksikon
• Site HPC du commissariat à l'énergie atomique (CEA)
• Site officiel du centre informatique national de l'enseignement supérieur (CINES)
• Site officiel de l'institut du développement et des ressources en informatique scientifique (IDRIS)