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Tami-HPC, un «oranais» en incursion dans le monde des supercalculateurs

par Yahia Benaïssa

«Tami-HPC», est le premier supercalculateur monté de toutes pièces dans une université algérienne. Réalisé par un enseignant en physique, le Docteur Bouamrane Rachid de l'Université des Sciences et de technologie d'Oran (USTO), «Tami-HPC» a été présenté, en juin dernier, à l'occasion du Salon de l'innovation universitaire au Centre des Conventions d'Oran (CCO). Le concepteur de Tami-HPC raconte son histoire et fait le point sur ce qui se passe en matière de supercalculateur.

Pour le Docteur Bouamrane cette relation avec les calculs et les supercalculateurs ne date pas d'aujourd'hui. Après un DES en physique décroché à l'USTO, il obtient son doctorat en 1989 de l'Université du Michigan (USA) portant justement sur les calculs. Pas numériques, mais plutôt vectoriels. A l'époque, il avait déjà estimé indispensable de travailler sur un ordinateur de sa propre conception, nous confie-t-il. C'est une question de fiabilité, un besoin viscéral de maitriser son sujet dans ses moindres détails. C'est dans cet esprit que Tami-HPC est né il y a un an pour être baptisé affectueusement au nom d'un collègue de l'USTO décédé. «Le projet d'un supercalculateur expérimental, rappelle le docteur Bouamrane, a vu le jour à l'USTO, dans le laboratoire d'étude physique des matériaux (LEPM) dirigé par le Prof N. Zerkri». Doté d'un budget très restreint, le projet a été réalisé entièrement par l'équipe du Professeur Bouamrane pour un coût de 800.000 DA. Sa performance de calcul maximum est près de 100 Giga Flops (100 milliards d'opérations par seconde). Cet ordinateur qui est composé de 36 processeurs «dual-core» (soit, 72 cœurs qui travaillent en parallèle) consomme environ 3 Kw de puissance électrique (comme 30 ampoules de 100 watt ou deux fers à repasser). L'équipe du professeur Bouamrane travaille actuellement sur un autre projet pour atteindre une performance 1000 fois plus grande pour un coût de seulement 8 fois le prix du précédent modèle. Aussi, ajoute notre interlocuteur, «avec la nouvelle technologie des cartes graphiques qui tend à rendre les jeux vidéo 3D très réalistes, on se retrouve avec des machines qui s'avèrent être de véritables supercalculateurs très puissants» qui peuvent dépasser 1 Téra flops pour un prix de 200.000DA. Les physiciens les ont utilisés dès l'an 2007 pour améliorer les performances de leurs calculateurs. Les férus de l'informatique, amateurs de la programmation leur ont trouvé une autre fonction, non moins utile dans la vie de tous les jours : Casser les mots de passes et les codes cryptés (carte à puces, téléphones portables, chaines cryptées… etc.)

Le système Linux affiche sa suprématie parmi les plus grands

Un superordinateur (ou supercalculateur) est un ordinateur conçu pour atteindre les plus hautes performances, en particulier en terme de vitesse de calcul. La performance de calcul d'un supercalculateur est mesurée en Flops (Floating point operation per seconde) ou «opération en virgule flotante par seconde». La science des superordinateurs est ainsi appelée HPC, pour High Performance Computing (calcul haute performance). Ce que désigne le terme superordinateur varie avec le temps, car les ordinateurs les plus puissants du monde à un moment donné tendent à être égalés puis dépassés par des machines d'utilisation courante. Les superordinateurs sont utilisés pour toutes les tâches qui nécessitent une très forte puissance de calcul comme les prévisions météorologiques, l'étude du climat, la modélisation moléculaire (calcul des structures et propriétés de composés chimiques…), les simulations physiques (simulations aérodynamiques, calculs de résistance des matériaux, simulation d'explosion d'arme nucléaire, étude de la fusion nucléaire…), la cryptanalyse, et bien d'autres domaines complexes. Les institutions de recherche civiles et militaires comptent parmi les plus gros utilisateurs de ces machines. Les superordinateurs tirent leur supériorité sur les ordinateurs conventionnels à la fois de leur architecture, parfois pipeline (exécution d'une instruction identique sur une longue série de données), parfois parallèle (nombre très élevé de processeurs fonctionnant chacun sur une partie du calcul) leur permettant d'exécuter plusieurs tâches simultanément, et de composants rapides. Ils sont presque toujours conçus spécifiquement pour certains types de tâche (le plus souvent les calculs numériques scientifiques : calcul matriciel ou vectoriel) et ne cherchent pas de performance particulière dans les autres domaines. L'architecture mémorielle de leur mémoire est étudiée pour fournir en continu les données à chaque processeur afin d'exploiter au maximum sa puissance de calcul. Selon notre interlocuteur, actuellement, c'est le système d'exploitation Linux qui équipe la très grande majorité des 500 supercalculateurs les plus puissants de la planète (92,4 % en juin 2012). Le système Unix perd progressivement du terrain face à Linux, mais occupe encore une place de choix sur le marché des supercalculateurs (5%). Windows n'est exécuté que par 2 des 500 supercalculateurs les plus puissants de la planète, soit 0,4 %. Le système BSD, quant à lui, ne dispose que d'une seule représentation dans le top 500, soit 0,2 %. Enfin, les autres configurations («Mixed», soit un ensemble de plusieurs types d'OS) représentent les 4,6 % restants.

L'ère du Péta flops

Dans la course à la toute-puissance informatique, les superordinateurs sont l'arme ultime. Les plus grands pays du monde s'y prêtent. Un nouveau-venu, le Sequoia, vient de ravir la couronne à l'ancien monarque, «K» de Fujitsu. Le seuil des 20 Péta flops se rapproche à grande vitesse. Le premier supercalculateur en termes de puissance de calcul, le Sequoia américain, culmine ainsi à 16,32 Péta flop/seconde (1 Péta Flops = 1 milliard de milliard de Flops). Avec ses 10,51 Péta flops, le K de Fujitsu était déjà un monstre parmi par les supercalculateurs, mais la «National Nuclear Security Administration (NNSA)» américaine a fait mieux, beaucoup mieux en construisant ce géant aux 16,32 Péta flops, doté de 1,6 millions de cœurs, et de 1,6 Péta bytes de mémoire. Implanté au Laboratoire National Lawrence Livermore, Sequoia servira à étudier les performances des armes nucléaires, l'hydrodynamique et les propriétés des matériaux en pression et température extrêmes. D'après Bob Meisner, Directeur au NNSA, Sequoia permettra d'apprendre, étudier et tester sans pratiquer de véritables explosions. A noter qu'un autre système BlueGene/Q, baptisé Mira, est entré en production aux Etats-Unis (Argonne National Laboratory). Avec 8,15 Péta flop/s, il se classe directement à la 3e place du classement mondial des supercalculateurs. Les européens ne sont pas en reste avec plusieurs supercalculateurs parmi les 10 plus puissants : 4e place pour SuperMUC (Allemagne) et 8e pour JuQUEEN (Allemagne) avec une puissance de calcul de respectivement 2,8 et 1,3 Péta flop/s. Fermi (Italie) et Curie Thin nodes (France) se classent 7e et 9e avec 1,72 Pflop/s et 1,35 Pflop/s. En l'espace de quelques mois, la puissance de calcul totale de ces 500 supercalculateurs a fait un bond passant de 74,2 Pflop/s (novembre 2011) à 123,4 Pflop/s (juin 2012). Vingt supercalculateurs ont désormais passé la barre du Péta flop. La Chine l'autre géant de la toute-puissance informatique serait en train de préparer sa contre-offensive. Un projet de supercalculateur pour lequel elle va consacrer la somme mirobolante de 2 milliards de dollars.