Recherches académiques et industrielles, enseignement, partenariats nationaux et internationaux… Retour sur le développement et les succès d’un des premiers centres de calcul universitaires français.

Ce dossier se prolonge dans les sections suivantes :
     • Le Top500 pour l’automne ?
     • ROMEO, P3M, SRV : synergies à tous les étages
     • Une plateforme pleinement intégrée à l’URCA
     • Les bénéfices du label CUDA Research Center

10 ans. 10 ans d’efforts, d’initiatives et de soutien à un très large éventail de projets scientifiques et industriels. Voilà ce que fêtait l’an dernier ROMEO, le Centre de calcul régional de Champagne-Ardenne ,dirigé par le Pr Michaël Krajecki. En 2013, de nombreux développements sont à l’ordre du jour – de l’augmentation des ressources techniques à l’élargissement des partenariats tous azimuts. Mais n’anticipons pas…

Bien né, le projet ROMEO a été soutenu dès sa création par l’Université et la ville de Reims,  sans oublier bien sûr la région Champagne-Ardenne. Depuis son inauguration en 2002, ROMEO s’inscrit en effet dans une politique globale et durable de l’URCA, aujourd’hui articulée autour de ses principaux pôles scientifiques : sciences de la vie et santé ; mathématiques, STIC et nanotechnologies ; agro-sciences, sciences de l’univers et de l’environnement ; chimie et sciences de l’ingénieur. Une politique dédiée à l’action dans le domaine de la recherche mais également de l’enseignement.

Le sens de la communauté

En tant que méso-centre, ROMEO est devenu en 10 ans un soutien décisif au travail scientifique des équipes de l’URCA et de leurs partenaires, français et étrangers, mais aussi à un nombre croissant d’entreprises de la région (dont Valéo, Tech-am Ingénierie…) dans les domaines de la simulation numérique, de la conception assistée par ordinateur, du drug-design… Aujourd’hui, c’est plus d’une cinquantaine de chercheurs qui tire avantage des ressources du Centre.

Pour ses utilisateurs, la proximité de la plateforme a un effet de spirale vertueuse : elle favorise l’émergence de projets transversaux et permet aux PME innovantes, qui n’ont ni la culture ni l’expertise du calcul à haute performance, de développer les produits de demain. Ce qui, en retour, contribue au rayonnement de la région au travers de différentes publications et représentations dans les journaux et congrès internationaux.

On le sait, l’offre de centres de calcul est en expansion, toutes les régions de France développant progressivement leurs propres structures. A ce titre, l’expérience en quelque sorte pionnière menée en Champagne-Ardenne est intéressante. Car au-delà de renforcer la compétitivité industrielle et scientifique de la région, le sentiment de communauté (au sens noble) qui s’est développé entre utilisateurs de ROMEO est aujourd’hui synonyme d’interaction et d’implication sur les projets en émergence. Ce sens de l’échange, on le retrouve également dans les initiatives menées en direction de l’enseignement, aussi bien universitaire que du second degré : outre la création de ressources et dispositifs numériques à but pédagogique, les interventions des “pros du HPC” se multiplient dans les formations et les établissements du second degré.

Des partenariats nationaux et internationaux

Au delà du PRES UFECAP (Pôle de Recherche et d’Enseignement Supérieur “Université Fédérale Européenne de Champagne-Ardenne et Picardie”) et des projets industriels, ROMEO s’est largement engagé dans le projet INRIA Aladdin-G5K (GRID’5000). Rappelons notamment que le cluster Saint-Rémi, disponible depuis début 2011, est à ce jour la machine plus importante du projet en termes de ressources (44 nœuds, 1 056 cœurs, 2 To de mémoire vive).

Dans le cadre des interactions avec les chercheurs étrangers, ROMEO se distingue également par des contributions de poids dans des projets en Allemagne (Halle) ou en Algérie (Oran). Signalons enfin qu’aux termes d’un accord de collaboration entre l’URCA et l’université Cheikh Anta Diop de Dakar, ROMEO participe au développement du HPC au Sénégal : mise en place de formations pour les enseignants-chercheurs, déploiement de solutions de calcul, accueil de chercheurs étrangers à Reims…

De Reims à Vilnius

Le fait d’être un des premiers membres historiques du BUX (association regroupant les grands centres de calcul européens exploitant des architectures Bull) ouvre aux par ailleurs aux chercheurs de l’URCA un accès privilégié à l’expérience de partenaires tels que l’Université d’Aix-la-Chapelle ou le Barcelona SuperComputing Center. Bien qu’étant un des plus petits centres de l’association, ROMEO est reconnu pour la qualité de son travail. C’est à ce titre que Reims a accueilli les dernières journées du BUX au mois de mars.

Enfin, il est à noter que le plateau ROMEO a été sélectionné par l’université de Vilnius pour l’initiation d’un programme Erasmus. Centré sur la simulation numérique et la visualisation interactive en 3D, ce programme devrait être opérationnel à la fin de l’année, après deux ans de d’échanges et de formalisation entre les équipes dirigeantes des deux institutions.

Stratégies technologiques

Le rythme d’évolution des technologies HPC permet difficilement un positionnement à plus de 5 ans. C’est la raison pour laquelle l’équipe animée par Michaël Krajecki (Directeur du Centre) et Arnaud Renard (Ingénieur de recherche) accorde une attention toute particulière à l’aspect veille technologique. Une prise de risque mesurée sur les choix techniques relatifs à la génération n-2 (la machine actuelle est en cours de remplacement, cf. notre encadré “Le Top500 pour l’automne“) a permis à ROMEO d’être pionnier dans la production sur la génération suivante (n-1). Ainsi, par exemple, le partenariat avec la société Tech-am Ingénierie doit beaucoup à la présence de serveurs de visualisation à distance…

Plus globalement, le caractère pluridisciplinaire de ROMEO oriente ses choix technologiques vers des solutions autorisant des simulations de plus en plus réalistes. Grâce à sa dynamique dans le contexte national, les équipes techniques bénéficient de l’expertise des constructeurs (Bull et NVIDIA, notamment). Sous clause de confidentialité, les ingénieurs ont accès aux développements en cours bien avant que ceux-ci soient déployés au niveau mondial. Clairement, le fait d’entrer dans le top500 mondial devrait permettre à ROMEO de conserver ces relations privilégiées.

L’expérience Windows

La mise en production du calculateur Clovis (en 2010) illustre à la fois la difficulté de cet exercice et son importance. Pour favoriser l’accès des PME à ROMEO, le déploiement de Windows sur la plateforme de calcul a été entrepris avec le soutien de Microsoft France. Le diagnostic alors réalisé était que l’accès de ces petites structures au HPC était freiné par Linux, qu’elles maitrisent mal. Cette offre n’a hélas pas rencontré le succès escompté – à Reims, comme ailleurs.

De l’aveu même de M. Krajecki, “le diagnostic posé était sans doute incomplet : au-delà du système d’exploitation, les mécanismes de la simulation numérique sont mal connus des PME. C’est pourquoi nous nous engageons maintenant dans l’initiative HPC-PME avec OSEO, pour aider les industriels à franchir le pas du calcul intensif.“

Clovis était également une des premières plateformes de production en France à offrir l’accès à des GPU dédiés au calcul généraliste. Depuis 2008, une veille technologique s’est mise en place avec le CEA-DAM Ile-de-France. Dans ce cadre, l’équipe a pu montrer l’intérêt du recours à la simulation numérique sur GPU notamment pour la modélisation des systèmes moléculaires complexes. C’est d’ailleurs ce qui a valu à ROMEO d’être le premier Centre de calcul français à recevoir, en 2012, le label Cuda Research Center. Une reconnaissance externe qui valide, s’il en était encore besoin, la pertinence et la qualité du travail accompli pendant toutes ces années.

ROMEO en chiffres

• 200 comptes dont 90 actifs et 20 doctorants
• 2 ingénieurs de recherche
• 62 projets hébergés
• 30 000 expériences menées
• 5 millions d’heures de calcul produites chaque année
• Projets ANR / Européens : 6 en 2010 > 11 en 2012
• Collaborations industrielles : 6 en 2010 > 17 en 2012
• Collaborations académiques : 37 en 2010 > 62 en 2012
• Publications / communications : 72 en 2010 > 112 en 2012

Pour en savoir plus : www.romeo.univ-reims.fr

Le Top500 pour l’automne ?

A l’heure où nous publions, l’acquisition de la prochaine machine de calcul de ROMEO vient d’être finalisée. La solution retenue : un cluster Tesla composé de 130 serveurs Bull bi-GPU (NVIDIA Kepler K20x – CUDA Research Center oblige !). Cette montée en puissance a bénéficié du concours du Conseil Régional de Champagne-Ardenne, de Reims Métropole et de l’état Français via les fond FEDER et l’ANR (Equipements d’Excellence des Investissements d’Avenir). Bien sûr, l’acquisition et les collaborations techniques qui en découleront s’inscrivent dans la politique nationale de GENCI dans le cadre du projet Equip@meso.

Au total, la machine comptera ainsi 698 880 processeurs élémentaires – de quoi positionner la région dans le classement international des sites HPC les plus performants. Par ailleurs, cette solution entièrement hybride devrait figurer en bonne place au Green500 – le classement des calculateurs les plus efficaces énergétiquement.

Le cluster, baptisé tout simplement “Romeo”, disposera en complément d’un système de stockage Lustre de 200 To, d’un réseau rapide Mellanox QDR non bloquant et de processeurs Intel de dernière génération accompagnés de 32 Go de mémoire par nœud. Elle comptera également deux nœuds de visualisation en technologie VirtualGL et CUDA Grid. Après une installation dans les locaux de l’URCA durant l’été, l’ensemble devrait être disponible aux utilisateurs ROMEO avant la fin de l’année.

S’inscrivant plus globalement dans un partenariat à 5 ans entre l’Université et ses deux fournisseurs, cette solution est assortie de l’accompagnement des chercheurs et industriels ROMEO par les centres d’expertise respectifs des deux marques. De ce partenariat, il faut également attendre une participation conjointe à des projets de recherche collaborative fondamentale et appliquée.

ROMEO, P3M, SRV : synergies à tous les étages

L’action du plateau ROMEO ne pourrait se passer de deux autres outils phares de l’Université : la plateforme de modélisation moléculaire multi-échelle (P3M, Pr M. Dauchez) et le Centre Image (SRV, Pr L. Lucas). Le lien entre les trois n’a en effet cessé de se renforcer ces dernières années, en particulier sur des projets scientifiques visant à modéliser, simuler et visualiser en 3D.

L’acquisition récente d’un MicroScanner X à l’URCA illustre parfaitement la synergie “triplateau” dans le domaine de la biologie cellulaire. Les images acquises sur cet appareillage sont traitées sur GPU en direct, avec en ligne de mire le temps réel et le stockage annoté. Ces trois plateaux étant appelés à une synergie croissante, on évoque la possibilité d’un mode de gouvernance plus large, qui pourrait déboucher à terme sur un comité de pilotage unique aux trois plateformes.

Une plateforme pleinement intégrée à l’URCA

Soutenu par ses collaborations industrielles, avec notamment l’intervention de spécialistes dans les Masters, le Centre joue un rôle moteur à plusieurs niveaux de formation. L’intérêt pour les étudiants est de pouvoir expérimenter les conditions réelles d’un environnement de calcul haute performance, et de recevoir des enseignements en phase avec l’état de la technologie actuelle.

Par exemple, ROMEO a contribué à la structuration de l’enseignement à l’URCA pour la création du nouveau “Master 2 professionnalisant mention Mathématiques,  spécialité Modélisation  Mathématique pour les Sciences de l’Ingénieur”. D’autres Masters sont également concernés – BioChimie, Santé, Informatique – qui bénéficient donc eux aussi de grosses ressources de calcul pour l’enseignement et, avouons-le, de l’attractivité technique de la plateforme.

Par ailleurs, le Centre de calcul participe au Parcours Professionnel “Développement des Applications Réparties” du Master 2 Informatique de l’URCA. Plus spécifiquement, les étudiants de ce parcours ont à leur disposition le calculateur Romeo2, qui provient du renouvellement des serveurs. Ils jouissent ainsi des meilleures conditions pour expérimenter la programmation parallèle en mémoire partagée ou par passage de messages, la machine leur permettant de réaliser de véritables applications distribuées et sécurisées sur des systèmes d’exploitation et des architectures machines hétérogènes (PC-Linux, Sun-Solaris et PC-Windows).

En 2012, les étudiants du Master 2 DAR ont participé au concours Accelerate Your Code organisé par Intel. Cette compétition internationale de programmation parallèle présentait un problème d’optimisation en transport aérien auquel il fallait apporter une solution efficace. L’équipe coachée par le Pr Krajecki s’est classée 4ème, faisant de Reims la première ville française parmi les 280 équipes ayant participé à ce challenge de haut niveau.

Enfin, cette année, les responsables de ROMEO ont pour projet  de mettre sur pied une étude poussée sur la perception du HPC par les entreprises. Menée en collaboration avec la Faculté d’Economie, cette étude cherche à identifier et à publiciser les intérêts que le secteur privé pourrait trouver à l’utilisation de ressources de calcul importantes.

Les bénéfices du label CUDA Research Center

Harvard, Stanford, Oxford, Cambridge, Barcelona Supercomputing Center… l’URCA est en excellente compagnie. Premier CUDA Research Center en France (depuis 2012), l’URCA et ROMEO voient ainsi se concrétiser des années de recherches en calcul parallèle sur systèmes à mémoire partagée type ccNuma ou multicore, puis l’adoption dès 2007 du premier kit de développement CUDA. Après un premier serveur Tesla à l’URCA, en partenariat avec le CEA, après l’arrivée des premiers doctorants “orientés” GPU, plusieurs thèses sont aujourd’hui en cours sur des travaux aussi divers que la simulation de colonies de fourmis (problèmes d’optimisation combinatoire difficiles, qu’on rencontre notamment dans les transports) ou la modélisation moléculaire orientée drug design.

Le label CUDA Research Center n’est pas simplement une distinction. Il est synonyme de collaboration renforcée entre les équipes informatiques de l’Université et les équipes techniques de NVIDIA sur les problèmes concrets que rencontrent les scientifiques dans leurs travaux. Ces derniers, dont les recherches reposent quasi exclusivement sur la plateforme ROMEO, ont donc un bénéfice réel à choisir l’URCA plutôt que d’autres universités. De son côté, le site voit son rayonnement accru, d’autant que, dès cette année, un certain nombre de formations spécialisées de haut niveau sont proposées, dans certains cas certifiantes.