La solution de Lenovo totalise une puissance de calcul de 240 TeraFLOPS et triple la puissance de calcul du CERFACS.

Le CERFACS (Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique) est un centre de recherche dont l’objectif est de développer des méthodes de simulation numérique avancées ainsi que les solutions algorithmiques qui adressent les plus grands problèmes scientifiques et techniques abordés dans la recherche publique et industrielle. Parmi les associés du CERFACS figurent Airbus Group, CNES, EDF, Météo France, Onera, Safran et Total.

Un besoin insatiable de ressources
Le CERFACS peut compter sur des ressources de calcul provenant de plusieurs sources : ses ressources internes, l’allocation d’heures de calcul sur l’infrastructure des certains de ses partenaires (Météo-France et le CEA-CCRT par exemple), les moyens des 3 centres nationaux GENCI en support à la recherche publique (Thèses et ANR conduites au Cerfacs), ainsi que l’accès aux ressources de supercalculateurs internationaux dans le cadre des programmes PRACE et INCITE.Les simulations qu’il est possible de faire au moyen des ressources externes sont limitées en volume et en nature, d’où l’importance cruciale des ressources internes pour couvrir l’ensemble des besoins de simulation du CERFACS.

Nicolas Monnier, DSI du CERFACS, explique : « A mesure que nos simulations deviennent plus complexes, nous avons besoin de puissance de calcul supplémentaire. En moyenne, nos besoins de puissance de calcul ont augmenté d’un facteur de 1,8 par an au cours des 10 dernières années. Nos partenaires et les autres centres de recherche ont vu leur capacité de simulation s’intensifier au même rythme, pour conserver notre position de leader dans nos domaines de recherche nous devons régulièrement accroitre nos moyens de simulation et en particulier nos ressources internes. »

La modélisation climatique est un exemple de domaine de recherche pour lequel le CERFACS avait urgemment besoin de puissance de calcul supplémentaire. L’organisation utilisait un modèle dont le maillage géographique divise la surface de la Terre en sections de 150 kilomètres carrés.

« Des caractéristiques géographiques majeures qui se trouvaient prises entièrement dans un carré de la grille du réseau de 150 km, par exemple le seuil de Naurouze, entre les Pyrénées et la chaîne de montagnes du Massif central, n’étaient pas facilement prises en compte lors des calculs », explique Nicolas Monnier. « Pour encore mieux appréhender les facteurs qui influencent le climat, il nous fallait une grille avec un niveau de détail supérieur et des sections de 50 kilomètres carrés, ce qui suppose une puissance de calcul nettement supérieure. »

Le CERFACS a aussi investi des centaines d’années-hommes dans le développement de son code interne AVBP, en collaboration avec IFPEN pour des applications de moteur à piston, utilisé pour des simulations de combustion dans des turbines et des moteurs. Le code AVBP occupe 75% de la puissance de calcul de l’organisation, il est également utilisé par les associés et laboratoires universitaires pour leurs propres recherches. Plus le CERFACS s’engage dans des simulations couplées et multi-physiques de différents composants d’un moteur plus son besoin de ressources de calcul internes évolue rapidement.

Le critère décisif : le ratio puissance / coût
Décidé à multiplier par trois la puissance de calcul de ses ressources internes, le CERFACS s’est mis en quête d’une solution de calcul hautes performances (HPC) capable de supporter davantage de simulations plus complexes et répondant à un certain nombre d’autres critères. Il fallait que la solution affiche un bon rapport qualité/prix, qu’elle se déploie rapidement, soit très fiable et enfin, comme le changement climatique intéresse particulièrement le CERFACS, qu’elle offre une bonne efficacité énergétique. Nicolas Monnier ajoute : «Nous avons évalué plusieurs solutions et demandé aux fournisseurs de s’engager sur les niveaux de performance des codes les plus représentatifs de nos activités. La solution de Lenovo s’est détachée des autres et fait preuve d’un ratio optimal entre la capacité de simulation numérique et son coût. »

Le CERFACS a sollicité les services de Lenovo pour déployer le nouveau cluster, composé de 252 nœuds de calcul Lenovo NeXtScale nx360 M5 offrant plus de 6 000 cœurs connectés en InfiniBand et de la technologie IBM Spectrum Scale (IBM GPFS) pour le stockage de fichiers. La solution inclut deux nœuds avec cartes graphiques NVIDIA Quadro K600 pour la visualisation, et un nœud doté de 512 GO de mémoire pour la génération de grands maillages. Equipée de processeurs Intel Xeon Haswell, la solution Lenovo offre d’excellentes performances. Nicolas Monnier ajoute : « Autre facteur en faveur d’une solution Lenovo, l’expertise de l’équipe technique HPC de Lenovo, qui nous a aidés à intégrer la nouvelle solution en douceur et dans des délais courts. L’équipe HPC s’est totalement impliquée dans la réussite du projet. »

Des gains de performance compris entre 15 et 30%, une consommation réduite de moitié
Maintenant que le CERFACS a nettement plus de puissance de calcul à portée de main, les gains de productivité sont remarquables. L’organisation a triplé sa capacité de simulation interne lui permettant d’augmenter la précision de ses simulations.

« Cela ne fait qu’un mois ou deux que nous avons atteint le seuil de 95% d’utilisation mensuelle moyenne de la solution de Lenovo ; nous commençons donc vraiment à voir ce dont elle est capable en charge maximale », explique Nicolas Monnier. « Même si les nouveaux cœurs tournent à 2,5 GHz contre 2,6 GHz pour notre précédent système, nous constatons des gains de performance de 15% pour les applications sensibles aux capacités CPU et de 30% pour les applications dont la performance dépend de la bande passante mémoire. »

Le CERFACS se dit aussi très impressionné par l’efficacité énergétique des solutions, comme en témoigne Nicolas Monnier : « Une simulation tournant sur 240 cœurs de calcul consomme moitié moins d’énergie avec la solution Lenovo qu’avec le même nombre de cœurs sur notre machine d’origine. Comme le système précédent n’avait que trois ans, c’est une amélioration de taille. »

Pistes pour l’avenir
Cette relation avec Lenovo est importante pour le CERFACS surtout que l’organisation vient de conclure un partenariat avec le Centre d’innovation HPC de Lenovo situé à Stuttgart.

Nicolas Monnier ajoute : « Nous réfléchissons avec les équipes du Centre d’innovation HPC de Lenovo aux possibilités d’adapter nos codes à de futures architectures comme Intel Xeon Phi. Nous n’en sommes qu’au tout début de notre relation avec Lenovo et nous comptons sur leur expertise technique pour nous aider à optimiser nos performances pour conserver notre position de leader de la recherche par les calculs. »