Le 20 mai s’est tenu une Journée scientifique ONERA co-organisée avec l’association Aristote. Cette journée a regroupé un public de 65 participants, dont 15 du monde académique, 30 des instituts de recherche et 20 issus d’entreprises du secteur privé. Le thème – “Vers le HPC desk” – avait pour finalité une meilleure compréhension du devenir de l’écosystème du HPC dans les années qui viennent. Cet écosystème n’est plus aujourd’hui piloté par les besoins utilisateurs mais par les contraintes économiques et énergétiques, l’augmentation de puissance offerte modifiant aujourd’hui le marché de l’offre avec notamment l’ouverture de grands data centers.

La journée se voulant ouverte et prospective, le panorama était vaste. Voici un résumé des principales interventions.

La problématique de l’évolution de grands codes

Vincent Chiaruttini (ONERA)
HPC pour la mécanique des matériaux et structures au sein du code Z-Set/Zebulon
Dans le contexte de l’étude de la durée de vie des pièces critiques du domaine aéronautique, la recherche d’augmentation des performances se traduit par la nécessaire prise en compte d’aspects multiphysiques et multiéchelles hautement non-linéaires. Les modèles ainsi obtenus peuvent alors conduire à des systèmes numériques implicites dont certains atteignent plus de 100 millions d’inconnues et dont les temps de résolutions sont rédhibitoires sans mise en œuvre de méthodes HPC. La stratégie adoptée au sein du code Z-set/Zébulon repose sur l’exploitation à la fois de stratégies de calcul parallèles gros-grains (décomposition de domaine et co-calcul multiphysique, notamment) et la mise en œuvre de multithreading hétérogène hybride à une échelle fine, qui permettent de mieux exploiter les architectures complexes des machines de calcul modernes.

Vincent Faucher (CEA)
EPX : Parallélisation d’un code pour la simulation des transitoires fluide-structure en environnement industriel
Le passage au calcul parallèle et au calcul à haute performance pour un logiciel de simulation existant disposant de fonctionnalités étendues et d’un historique est un travail qui demande une réflexion profonde et une adaptation permanente de la stratégie de développement. Il est impératif de trouver l’équilibre entre réécriture de parties du code et amélioration de l’existant avec ses contraintes, le tout en implémentant des algorithmes parallèles pour la majorité des directives du programme. Ces considérations communes aux grands codes de calcul sont ici illustrées sur le code EPX du CEA pour la simulation en dynamique rapide avec interaction fluide-structure. A partir des équations du mouvement pour le fluide et le solide, on introduit les problématiques algorithmiques posées par le parallélisme, à mémoire distribuée en particulier, et la voie suivie pour mettre en œuvre le passage à l’échelle sur les supercalculateurs. Les développements sont illustrés avec des exemples en environnement industriel, pour la sûreté nucléaire ou la protection des citoyens.

L’impact de la programmation parallèle pour l’Exascale

Eric Petit (UVSQ)
La programmation parallèle pour l’Exascale : une étude de cas sur la parallélisation en mémoire partagé par l’approche “diviser pour régner”
L’utilisation des futurs systèmes exascale rend critique l’optimisation du degré de parallélisme et de la localité des données dans les programmes. Une approche possible est l’utilisation de méthodes dites “diviser pour régner” avec l’utilisation des runtimes par tâches (e.g. CILK). Dans cette étude de cas, le démonstrateur est l’étape d’assemblage matriciel de maillages non-structurés d’une application de CFD de Dassault Aviation. Les résultats préliminaires obtenus par l’UVSQ comparés à la version de référence MPI montre de très bonnes performances et de très bonnes capacités lors du passage à l’échelle par rapport à des approches traditionnelles de parallélisation en mémoire partagé.

La roadmap d’un solveur numérique

Chiara Puglisi et Jean-Yves l’Excellent (INRIA), Patrick Amestoy (INPT-IRIT)
Le solveur MUMPS, besoins académiques et attentes industrielles
MUMPS est un solveur parallèle pour la résolution de systèmes linéaires creux (Ax=b) de grande taille par méthode directe de factorisation (A=LU). Depuis le démarrage de cette activité en 1996, et au travers de chaque projet, le logiciel MUMPS sert à la fois d’environnement d’expérimentation pour des recherches mais aussi de valorisation des travaux de recherche auprès d’utilisateurs industriels. Côté recherche, les challenges actuels pour les méthodes directes sont l’exploitation efficace d’architectures hétérogènes et la maîtrise de la complexité des méthodes par l’utilisation de méthodes de compression durant la résolution. Au travers de la présentation, il apparaît clairement que l’augmentation de performance s’accompagne d’une augmentation de la mémoire globale nécessaire. La tendance actuelle étant plutôt à une réduction de la mémoire disponible par cœur, on voit bien le dilemme des développeurs et la nécessité de développer des approches guidées par la mémoire et non uniquement par la minimisation du temps de calcul. Côté valorisation, le défi consiste à assurer la pérennisation du logiciel MUMPS. Un consortium d’utilisateurs est en cours de création pour mutualiser les efforts financiers des utilisateurs qui permettront d’assurer les activités logicielles de la plateforme.

Les enjeux et contraintes vu par une SSII

Sébastien Monot et Vincent Ducrot (AS+ /Groupe EOLEN)
Portabilité, performances, hétérogénéité, le triple défi de la démocratisation du HPC
Les architectures matérielles et les modèles de programmation évoluent de plus en plus rapidement, apportant des gains de performances importants mais au prix d’une complexité toujours plus grande. L’hétérogénéité croissante de l’offre technologique aggrave ce problème avec notamment l’apparition des accélérateurs de calcul. Assurer la portabilité n’est donc pas ou plus suffisant. Il faut également garantir un niveau raisonnable de performances et mettre en place des abstractions de haut niveau masquant la complexité des architectures sous-jacentes. Un retour d’expérience est proposé par AS+, qui illustre les futures approches et les solutions pertinentes qui se profilent pour rendre accessible au plus grand nombre les moyens de calcul hétérogènes, et notamment les travaux menés par ses équipes autour du triptyque DSL/LLVM/Runtime tâche dans le cadre du projet européen MACH.

L’utilisation d’un mésocentre (ROMEO) au travers d’une infrastructure logicielle (Sysfera)

Arnaud Renard (URCA-ROMEO), Marie Granier et Benjamin Depardon (Sysfera)
Les mésocentres HPC à portée de clic des utilisateurs industriels
Le Centre de Calcul ROMEO de l’Université de Reims Champagne Ardenne a mis en place le portail SysFera-DS pour répondre aux besoins des PME régionales et nationales dans la gestion de leurs simulations. Avec une équipe admin et support très limitées, ce mésocentre affiche une expertise reconnue et exploite la machine GPU la plus puissante en France. Le portail déployé permet d’offrir un service adapté à la demande de bout en bout, c’est-à-dire de la création du modèle au calcul batch, jusqu’à la visualisation des résultats.

L’exploitation de la puissance de postes de travail au bénéfice de la cryptologie

François Morain (LIX)
Calculs massifs en cryptologie
La cryptanalyse (le “cassage de code”) a toujours requis des idées novatrices associées à d’énormes quantités de calcul, à commencer par celui d’Enigma par Turing à Bletchley Park. Même si les cassages modernes utilisent encore du hardware dédié, depuis longtemps de petits clusters sont utilisés pour factoriser des entiers ou calculer des logarithmes discrets. L’exposé du LIX mettait en évidence la factorisation à travers les âges et proposait un aperçu des méthodes et des machines utilisées dans ce but. Cette présentation a montré une démocratisation de ce thème sans attendre la venue des machines Exaflopiques.