Inauguré en juin 2010, le Centre de compétences HPC@LR (LR pour Languedoc-Roussillon) fête aujourd’hui son centième projet accompagné. Un succès qui témoigne à la fois de l’implication de l’équipe et de la pertinence du modèle.

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C’est l’histoire d’une réussite. Celle d’un Centre de compétences de périmètre régional dont la création a rapidement suscité l’intérêt dans le tissu économique et scientifique local. HPC@LR est né d’abord d’un partenariat entre ASA, le Cines, IBM, SILKAN et l’Université de Montpellier 2 (UM2). Financé par la Région Languedoc-Roussillon, l’Europe et l’UM2, il bénéficie par ailleurs d’un soutien de la part de l’organisme régional Transferts-LR.

HPC@LR a en effet pour vocation de répondre aux besoins de puissance de calcul et de formation des entrepreneurs, des ingénieurs et des chercheurs des secteurs public et privé. Pour ce faire, l’équipe du Centre accompagne ses utilisateurs dans leur accès aux ressources, quel que soit leur niveau d’expertise, pour permettre à chacun de bénéficier des toutes dernières avancées en matière de HPC et d’informatique parallèle. A ce titre, il est reconnu, parmi la trentaine de mésocentres français, comme celui de la Région Languedoc-Roussillon.

Un modèle innovant

Le Centre a pour particularité un modèle s’appuyant à la fois sur des moyens matériels et humains pour fournir trois types de services : la mise à disposition de ressources matérielles, l’accompagnement par des experts et la formation aux technologies et langages de programmation HPC. Ces services viennent compléter l’offre des centres de niveau supérieur (Tier1 au niveau national et Tier0 au niveau européen) en offrant un processus léger et réactif tout en étant ouvert aux entreprises et au monde académique. En tant que mésocentre Tier2, HPC@LR est maintenant en passe de devenir partenaire Equip@Meso, le programme coordonné par GENCI dans le cadre du programme Investissements d’Avenir du Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche – qui fut conçu et planifié avant la création du Centre.

La principale ressource technique hébergée par le Centre, c’est bien sûr son calculateur. Baptisé Octantio, il offre une puissance de crête d’environ 20,57 TFlops double précision. Cette plateforme vise à servir les recherches menées dans les différentes spécialités d’excellence en permettant les comparaisons les plus larges entre différents scénarios d’architectures matérielles. De fait, sa conception relève de plusieurs objectifs. Outre le test d’architecture, citons en particulier le dimensionnement des besoins en amont et les études d’incidence des changements matériels sur les calculs. Au final, la mutualisation des investissements permet à tous de bénéficier d’un équipement performant et d’un environnement d’utilisation adapté.

L’accompagnement, un facteur clé pour le développement du HPC

L’accompagnement fourni par HPC@LR est entièrement dédié à la compétitivité et à la recherche des entreprises locales. Il permet aux utilisateurs qui jusqu’ici n’avaient pas accès ou n’avaient pas envisagé d’utiliser de telles ressources de disposer d’outils de calcul capables de faire face aux problématiques qu’ils rencontrent. Le progrès technologique est en effet déterminé par l’émergence de nouveaux besoins dans un éventail de domaines qui s’élargit constamment. Et globalement, les animateurs de l’équipe constatent que ces calculs deviennent de plus en plus fins, tandis que les volumes de données générées sont de plus en plus importants et de moins en moins appréhendables par les méthodes classiques.

Cet accompagnement personnalisé des projets scientifiques et techniques est rendu possible par la structure même du Centre, qui mobilise des acteurs publics et privés experts dans leur domaine. Cette expertise est mise au service des utilisateurs dans le cadre de différentes missions souvent complémentaires, qui vont de l’audit, de l’optimisation et de la parallélisation de code source à l’aide à la prise en mains opérationnelle du cluster. Les interventions ainsi effectuées par l’ensemble des partenaires du Centre se montent aujourd’hui à plus de 200 jours/homme au total.

Des formations d’excellence

Autre grande vocation du Centre, la formation bénéficie pleinement d’Octantio. De par ses spécificités techniques, la plateforme est en effet d’une grande utilité pédagogique, que les cibles soient académiques ou professionnelles. Outre les séminaires et tutoriels organisés régulièrement, HPC@LR propose des formations qualifiantes et s’inscrit en partenaire de formations diplômantes. Cette mission est primordiale pour participer au renforcement des compétences en environnement HPC. Quelle que soit l’organisation, il est en effet très difficile de trouver à recruter des spécialistes dans ce domaine, sachant par ailleurs que l’expérience n’existe que très rarement en interne. Or, ces compétences constituent un moteur de compétitivité crucial à la fois pour les laboratoires et les entreprises.

C’est la raison pour laquelle plusieurs modules de formations de Polytech Montpellier et de la Faculté des sciences de l’UM2 incluent le HPC, ce qui permet de former aujourd’hui les experts HPC de demain. Le Centre est également partenaire du Master de l’Université de Versailles, en collaboration avec d’autres établissements prestigieux. N’oublions pas non plus l’école d’été LCI que HPC@LR organise en partenariat avec IBM, la Mount Sinai Medical School, l’Université du Tennessee et le célèbre laboratoire d’Oak Ridge. Ouverte aux informaticiens de tous niveaux, cet événement vise à diffuser les connaissances HPC les plus actuelles en faisant intervenir des spécialistes de domaines tels que le calcul scientifique, le développement d’applications HPC, le Big Data et l’administration de clusters Linux. Au total, plus de 200 étudiants (toutes catégories confondues) ont bénéficié, grâce au Centre, de formations aux technologies HPC.

Ce bilan, qui valide les ambitions initiales des responsables de HPC@LR, est un encouragement à poursuivre les efforts déployés par chacun des partenaires. Pour maintenir son niveau de performance et développer son rayonnement régional autant qu’international, le Centre entend bien élargir son offre de services et s’ouvrir d’avantage encore aux techniciens non spécialistes du HPC. Il y a donc fort à parier que le centième projet accompagné n’est qu’une première étape  vers la diffusion toujours plus large de compétences d’excellence. Décidément, nos régions ont bien du talent…

Une équipe aux compétences plurielles

Partant du constat que le HPC était institutionnellement cantonné à des utilisations restreintes donc à des utilisateurs trop peu nombreux, le Centre HPC@LR est né avec la volonté affichée de permettre au tissu économique et scientifique local, et en particulier aux PME, d’accéder à des technologies de pointe en matière de calcul hautes performances.

Le Centre fonctionne en harmonie grâce à une équipe motivée, disposant de compétences complémentaires et géographiquement distribuée sur l’ensemble de la région Languedoc-Roussillon.

Anne Laurent (UM2, LIRMM), Directrice du Centre, anime la structure et en coordonne la communication interne et externe. Professeur en informatique spécialiste des bases de données, elle porte une ouverture forte vers les nouveaux développements HPC liés aux paradigmes Big Data.

Sophie Nicoud (CNRS, LIRMM), Responsable du Comité technique du Centre et impliquée depuis des années sur la structuration des grilles de calcul au plan national, apporte son expertise et sa connaissance des problématiques du HPC dans les laboratoires de recherche.

David Defour (UPVD, LIRMM), spécialiste des architectures, microarchitectures et du GPGPU, est quant à lui basé à Perpignan. Il dirige le Comité d’attribution, évaluant les demandes de ressources avec une équipe d’experts volontaires.

Au quotidien, un responsable administratif et un administrateur système accompagnent cet élan en étant présents à temps plein pour concrétiser les ambitions du Centre et répondre aux demandes des utilisateurs.

Contact : david.defour@univ-perp.fr

Le cluster Octantio

L’architecture globale du calculateur est constituée de plusieurs ensembles hardware cumulant au total plus de 20 TFlops de puissance de crête. Cette architecture hybride se compose de différents types
de nœuds :

   • 84 nœuds de calcul IBM dx360 M3 intégrés dans 42 châssis IBM 2U Flex. Chaque nœud comprend 2 processeurs hexacores Intel Westmere, 24 Go de DDR3 et une interface InfiniBand 40 Go/s.

   • 2 nœuds Intel large mémoire constitués chacun de 2 châssis IBM X3850 X5 interconnectés par liaison QPI. Chaque nœud comprend 8 processeurs Intel hexacores (Westmere), 1 To de DDR3 et une interface InfiniBand 40 Go/s.

   • 6 nœuds de calcul GPU IBM DX360M3 comprenant chacun 2 processeurs Intel quadricores (Westmere), 2 accélérateurs NVIDIA Tesla M2050, 24 Go de DDR3 et une interface InfiniBand 40 Go/s.

   • 1 double lame IBM PS702 embarquant 16 cœurs POWER7, 64 Go de RAM et une interface GbE.

   • 4 lames IBM QS22 comprenant 2 processeurs PowerXCell, 16 Go de DDR2 et une interface GbE.

   • Le stockage global de l’ensemble offre 1,2 Po d’espace (GPFS, NFS).

   • Enfin, l’environnement logiciel est constitué notamment de Par4all, IBM Academic Initiative Suite, NamD et Quantum Espresso, avec pour principales librairies HDF5, NetCDF, PNetCDF, Atlas, BLAST, OpenMPI, et MKL.

Quelques projets phares…

De nouveaux matériaux thermoélectriques

“La nanostructuration est l’une des voies possibles pour améliorer les performances thermoélectriques d’un matériau et nous avons montré que ceci était possible pour Mg2Si qui est l’un des meilleurs matériaux thermoélectriques pour des applications entre 600 et 800K.“
Philippe Jund, Laboratoire de Chimie et Cristallochimie des Matériaux, Institut Charles Gerhardt.

Le développement de nouveaux matériaux thermoélectriques par la simulation est un cas typique de problèmes auxquels seul le HPC peur répondre. Grâce aux ressources du Centre, des simulations de dynamique moléculaire ab initio ont permis de montrer que la nanostructuration de Mg2Si par inclusions de WSi2 était possible – ce qui constitue un premier pas avant l’étape cruciale de la synthèse. Concrètement, le centre a fourni à l’équipe de Philippe Jund 7 jours d’accompagnement pour l’optimisation du code source de l’application et 60 000 heures de calcul sur les nœuds x86.

Modélisation à partir d’images de microscopie électronique sur stations GPU

“Le but du projet était d’utiliser la puissance des GPU pour le traitement d’images issues de microscopes électroniques. Le gain de temps pour l’obtention d’une reconstruction tridimensionnelle nous permet de tester différentes stratégies [ndlr : de reconstruction] afin de parvenir a des résolutions inférieures à 5 Angstroms sur la particule virale ARMV. L’expertise de HPC@LR nous a beaucoup aidé dans l’adaptation de nos applications aux accélérateurs GPU.“
Eric Richard, Centre de Biochimie Structurale, CNRS.

Pour la réalisation de ce projet, un seul jour d’accompagnement et une grosse centaine d’heures de calcul sur les nœuds GPU ont suffi. Combinant cryo-microscopie électronique, cristallographie a rayon X et dynamique moléculaire, cet effort a abouti à la construction de modèles pseudoatomiques de complexes viraux.
 

Simulations atomistiques

“HPC@LR nous a permis de réaliser les simulations moléculaires de mélanges de silicate et de verre qui ont donné accès à une description détaillée de l’environnement des différents atomes, et en particulier des atomes de bore, un élément a fort impact scientifique et technique.“
Simona Ispas, Laurent Pedesseau et Walter Kob, Laboratoire des Colloïdes, Verres et Nanomatériaux, Université de Montpellier 2.

Pour modéliser différents mélanges de silicate et de verre pouvant présenter un intérêt pour l’industrie, le Centre a fourni plus de 300 000 heures de calcul sur nœuds Intel.