Annoncée fin Juillet par Barack Obama, la National Strategic Computing Initiative (NSCI) est un programme en cinq points qui établit une vision stratégique cohérente pour définir la stratégie d’investissement fédéral dans le secteur du calcul intensif.

Cette stratégie sera exécutée en collaboration avec l’industrie et le milieu universitaire, pour maximiser les avantages du calcul intensif pour les Etats-Unis. Les systèmes HPC, à travers une combinaison de capacité de traitement et de capacité de stockage, peuvent résoudre des problèmes de calcul qui sont au-delà de la capacité des petits et moyens systèmes. Elles sont vitales pour les intérêts de la nation dans la science, la médecine, l’ingénierie, la technologie et l’industrie. Le NSCI stimulera la création et le déploiement de la technologie informatique à la pointe, aidant à faire progresser les priorités de l’administration pour la compétitivité économique, la découverte scientifique et la sécurité nationale.

Le futur superordinateur exascale sera utilisé par les organismes gouvernementaux comme la NASA, le Federal Bureau of Investigation (FBI), les Instituts nationaux de Santé, le ministère de la Sécurité intérieure, et la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Cinq thèmes stratégiques pour reprendre le leadership HPC
Cette initiative comporte cinq thèmes stratégiques détaillés comme suit :

1- Créer des systèmes capables d’atteindre un niveau de performance exaflopique et de traiter des exaoctets de données.
Historiquement, les systèmes HPC ont été conçus pour simuler des modèles de systèmes physiques, tels que les avions, les crash-tests de voitures, l’interaction moléculaire, l’évolution météo et la climatologie, et l’activité sismique. Leur puissance est exprimée en flops (opérations en virgule flottante par seconde). L’objectif fixé par le NSCI est d’atteindre un exaflop (1018 opérations par seconde). Au cours des 10 dernières années, une nouvelle classe de systèmes HPC haute performance a émergé, capables de recueillir, de traiter et d’analyser de vastes quantités de données issues d’une diversité de sources, en provenance d’Internet et d’instruments scientifiques. En combinant la puissance de calcul et la capacité de données de ces deux classes de systèmes HPC, les idées les plus profondes peuvent être acquises par le biais de nouvelles approches qui combinent simulation et données réelles. Par exemple, des simulations de conditions météorologiques pourraient être couplées avec des données réelles provenant des satellites et d’autres capteurs. Cette combinaison de capacités permettra des méthodes d’analyse des données inédites qui nécessitent de grandes capacités de traitement numérique. Cela pourrait conduire par exemple, à des outils qui aident les radiologues pour détecter le cancer à partir d’images à rayons X, où cette capacité de diagnostic est automatiquement appris par l’analyse de grandes collections de données médicales. Pour parvenir au succès de ce type de combinaison, il faudra trouver une convergence entre la technologie matérielle et logicielle pour ces deux classes de systèmes.

Le NSCI a pour objectif de conduire la convergence de calcul intensif et des systèmes de données, tout en améliorant la performance globale. Les organismes gouvernementaux vont travailler avec les constructeurs et éditeurs informatiques pour créer des systèmes de pointe pour des applications impliquant l’analyse, la modélisation, la simulation et les données. De nouveaux programmes de recherche gouvernementaux vont développer de nouvelles approches pour le matériel, les architectures de système et les outils de programmation. Les organismes gouvernementaux vont également favoriser la transition de ces technologies de la recherche à la production industrielle.

2- Maintenir les Etats-Unis au premier rang des capacités HPC.
Le NCSI a pour vocation de permettre aux Etats-Unis de conserver son rôle de leader dans la création de la technologie HPC en utilisant ce dernier au travers d’une large gamme d’applications. Le Department of Energy (DOE) a identifié un certain nombre de défis ExaScale à atteindre pour les futurs ordinateurs exaflopiques et soutiendra la recherche pour surmonter ces défis. D’autres agences gouvernementales travaillent avec le DOE pour garantir que leurs missions bénéficieront de la prochaine génération de systèmes HPC, pour à leur tour aider à soutenir l’écosystème HPC. Le maintien de ce segment exige de soutenir un écosystème complet d’utilisateurs, de constructeurs et d’éditeurs logiciels

3- Améliorer la productivité des développeurs d’applications HPC.
Les systèmes HPC actuels sont très difficiles à programmer, exigeant de nombreux réglages pour obtenir une performance maximale sur la machine ciblée. Le passage d’un logiciel à une nouvelle machine peut nécessiter de répéter une grande partie de ce processus, et il exige également la prise de décisions pour obtenir que le nouveau code obtienne les mêmes performances que l’ancien code. Le niveau d’expertise et d’efforts nécessaires pour développer des applications HPC constitue un obstacle majeur à leur utilisation généralisée.

Les organismes gouvernementaux soutiendront la recherche sur de nouvelles approches pour le développement de nouveaux paradigmes de programmation des systèmes HPC. En collaborant avec les fournisseurs de systèmes HPC, les organismes gouvernementaux mettent l’accent sur l’importance de la productivité du programmeur comme un objectif de conception. Les agences vont favoriser la transition de l’amélioration des outils de programmation afin de rendre le développement d’applications pour les systèmes HPC pas plus difficile qu’elle ne l’est pour les autres classes de systèmes à grande échelle.

4- Rendre les systèmes HPC plus accessibles.
À l’heure actuelle, de nombreuses entreprises et projets de recherche pourraient bénéficier de la technologie HPC, mais ils manquent d’expertise et d’accès. Beaucoup de scientifiques et d’ingénieurs
Manquent en outre de formation dans les concepts et les outils pour la modélisation et de la simulation et l’analyse de données. Les agences gouvernementales travailleront avec les constructeurs et les fournisseurs de cloud afin de rendre les ressources HPC plus facilement disponibles afin de faciliter l’accès aux chercheurs scientifiques à la fois dans le public et le secteur privé. Les agences vont en outre parrainer le développement de matériel éducatif pour les systèmes HPC de prochaine génération, couvrant les concepts fondamentaux dans la modélisation, la simulation et l’analyse de données, ainsi que la capacité de formuler et de résoudre les problèmes en utilisant cette informatique de pointe.

5- Développer les technologies matérielles pour les futurs systèmes HPC.
Les performances des systèmes informatiques ont augmenté à un rythme soutenu au cours des 70 dernières années en grande partie par des améliorations matérielles, mais la technologie du semi-conducteur atteint ses limites. Nombreux sont les successeurs possibles à la technologie des semi-conducteurs, mais aucun n’est suffisamment proche d’une production industrielle. Un vaste programme de recherche est nécessaire pour assurer l’amélioration continue dans performances HPC au-delà de la prochaine décennie. Dans le cadre de cette initiative, le gouvernement américain compte soutenir la recherche fondamentale sur les technologies matérielles afin d’assurer des améliorations continues en matière de calcul haute performance.