Pourquoi la France doit rester dans la course des supercalculateurs

Personnaliser les traitements médicaux en fonction de votre ADN pour vivre en pleine forme 100 ans et plus. Bâtir des villes les plus intelligentes au monde, où l'on peut respirer à plein poumon. Faire décoller des avions électriques.

Concevoir des voitures autonomes qui savent se garer elles-mêmes sur une place de parking libre. Rendre les écrans souples pour nos smartphones, tablettes, ordinateurs portables et autres liseuses... En marche, toutes ces révolutions palpitent dans la salle des machines des centres de calcul intensif - High Power Computing (HPC) - qui se répartissent dans les pays les plus avancés. Leur objectif ? Résoudre les problèmes les plus complexes dans les domaines de la science (météo, santé, physique...), de l'ingénierie et de l'économie (modélisation, simulation, mégadonnées).

Pour se faire une idée de l'avantage concurrentiel du superordinateur, citons l'exemple de Dassault Aviation : pour son dernier jet privé, le Falcon 7X, l'avionneur a raccourci le temps de modélisation (cent quarante millions d'équations), à savoir deux cent mille heures (soit vingt-deux années), à seulement deux cents heures (huit jours). Cette intensification résulte de la distribution des calculs sur un super-ordinateur à 1.000 processeurs en parallèle.

Cette belle performance pourrait, néanmoins, pâlir devant celle de la machine chinoise Tianhe-2 MilkyWay-2, la plus puissante du monde d'après le respecté classement Top 500, qui effectue 33 millions de milliards d'opérations à la seconde (pétaflops) grâce aux 3,2 millions de coeurs (il y a jusqu'à 18 coeurs dans un processeur Intel Xeon de dernière génération) qu'il embarque !

À lui seul, le marché mondial du HPC, estimé par le cabinet d'analyse IDC à 10,3 milliards de dollars, a absorbé pas moins de 30 millions de processeurs dans ses super-machines en 2013 ! Pour sa part, le cabinet Market Search Media prédit que le marché mondial annuel du calcul intensif HPC devrait croître au rythme de 8,3% pour quasiment quadrupler à 44 milliards de dollars à l'horizon 2020, promettant un chiffre d'affaires global de 220 milliards de dollars sur la période 2015-2020.

D'après le classement Top 500, les grands intégrateurs de supercalculateurs sont d'abord américains avec HP (35,6%), IBM (30,4%), Cray Inc. (12,3%) et SGI (4,6%). Suivi du français Bull à 3,6% qui, cocorico, se place devant l'américain Dell (1,8%) et le japonais Fujitsu (1,6%).

Ambition géopolitiques et souverainetés

L'engouement pour les supercalculateurs est historique, car ces derniers ont contribué à asseoir la souveraineté des États ainsi que de leurs plus grandes entreprises et centres de recherche. À peine quatre pays en fabriquent : les États-Unis, le Japon, la Chine et la France. Chez nous, les superordinateurs ont permis, entre autres, de simuler la bombe atomique de façon totalement numérique et d'arrêter ainsi les explosions en grandeur réelle dans le Pacifique. À côté de cela, les supercalculateurs ont aidé à calculer nos centrales nucléaires ainsi qu'à concevoir des avions de chasse, des sous-marins nucléaires, des porte-avions, des automobiles, des TGV...

En clair, une bonne part des produits qui ont fait le succès de notre grande industrie s'appuie sur les travaux scientifiques dont le calcul intensif s'exécute sur des superordinateurs, privés ou académiques. En outre, le calcul intensif ne sert pas qu'à réduire les coûts de conception en s'affranchissant des coûts exorbitants des prototypes physiques. Il aide surtout à tester, essayer et valider de nouvelles idées ou encore les meilleures variantes d'un produit ou d'un procédé en conception. C'est la mort annoncée du recours, jusqu'ici systématique, aux platesformes de tests physiques des prototypes : souffleries, bassins, installations de tests d'impact. Les grandes manoeuvres sont en marche.

On comprend pourquoi les autres pays veulent, si ce n'est les fabriquer, au moins utiliser massivement les supercalculateurs. En tête des pays les plus consommateurs, on trouve bien sûr les États-Unis (45,4%), suivis de très loin par la Chine (12%), le Japon (6,3%), le Royaume-Uni et la France (5,9% chacun), et l'Allemagne (5,1%). Tous les autres pays, notamment la Russie, l'Inde, la Corée du Sud, pèsent moins de 2% chacun, d'après le classement Top 500.

Et de citer Honda qui a accéléré ses processus d'ingénierie simultanée en simulation mécanique et en mécanique des fluides.

Pas étonnant que, derrière cette recherche de puissance de calcul, se cachent des ambitions nationales en matière de souveraineté aussi bien géopolitique qu'industrielle et économique. Ainsi la Chine annonce-t-elle sont intention de mettre au point cette année deux machines de 100 pétaflops (trois fois plus rapides que la machine actuelle la plus rapide). Réelle avance ou effet d'annonce ?

Il n'empêche, la Chine ne cesse de gagner du terrain.

1 milliard de milliards d'opérations par seconde !

La République populaire compte atteindre vers 2018-2020 le prochain Graal du calcul intensif : l'exaflop, soit 1 milliard de milliards d'opérations par seconde. Ce qui est 1.000 fois plus rapide que le pétaflop tout juste atteint à l'heure actuelle.

Autre défi de grande ampleur : la Chine veut s'affranchir des composants électroniques (processeurs et GPU) jusqu'ici fabriqués par les américains Intel, AMD et Nvidia. Restait à avoir un grand intégrateur. C'est peut-être chose faite grâce à IBM qui « a revendu l'année dernière au chinois Lenovo [après lui avoir déjà cédé sa division PC et ordinateurs portables, ndlr] sa division serveurs à base de processeurs à architecture Intel et AMD. "Big Blue" sort ainsi du plus gros segment du superordinateur au profit du chinois Lenovo qui, à son tour, pourrait alors débarquer très rapidement et très violemment sur le marché », observe Philippe Vannier, vice-président exécutif d'Atos qui a racheté l'été dernier l'intégrateur Bull, véritable champion tricolore comptant plusieurs centaines de supercalculateurs actifs dans le mode.

En Europe, les machines industrielles de Bull s'illustrent aussi bien en République Tchèque qu'aux Pays-Bas. En Allemagne, le constructeur tricolore a livré sa dernière machine, la bullx B720 (3 pétaflops, soit 3 millions de milliards d'opérations à la seconde) au Deutsches Klimarechenzentrum (DKRZ), le centre de calcul de la météo allemande, en collaboration avec l'américain Seagate et ses 45 pétaoctets de stockage. Reste que sur les dix premiers supercalculateurs, outre la machine chinoise et une machine du japonais Fujitsu, les constructeurs américains Cray, Dell, IBM et SGI raflent la mise.

L'enjeu crucial de la consommation d'énergie

En revanche, le fait récent le plus marquant, selon IDC, c'est le contrat qu'IBM a remporté en novembre dernier dans le cadre du programme Coral visant à doter le ministère américain de l'Énergie et du Charbon de quatre supercalculateurs de plus de 100 pétaflops répartis dans les universités d'Oak Ridge (machine Summit à 150 pétaflops, extensible à 300), Argonne et Livermore (machine Sierra à 100 Pétaflops extensible à 200) d'ici à la fin 2017, pour un montant global de 325 millions de dollars.Reste que l'ensemble du secteur est confronté à un problème de taille : l'énorme consommation électrique des supercalculateurs.

Dans l'arrière-cour des grands constructeurs de supercalculateurs, une autre bagarre se déroule entre les ténors des composants électroniques : les processeurs, les GPU et les composants d'interconnexion entre processeurs.

C'est la guerre autour du superordinateur

Si le trio Intel, AMD et Nvidia ne court aucun risque d'être expulsé du marché, il pourrait néanmoins être sacrément concurrencé par l'architecture de processeurs ARM (Acorn Risc Machine, introduite en 1983 par le britannique Acorn Computers Machine), que l'on retrouve aujourd'hui embarquée dans tous les équipements mobiles : smartphones, PC portables, tablettes tactiles, consoles de jeux...

Une architecture que propose, d'ailleurs, Nvidia.

Dans la foulée, des acteurs comme Orange et Nvidia développeraient également des petites machines à 64 processeurs peu gourmandes en électricité mais capables de fournir, malgré tout, une puissance de calcul intéressante.Pour sa part, IBM ne s'imagine pas accoucher seul d'une nouvelle architecture pour son puissant processeur Power.

La guerre du superordinateur est bien déclarée.