Date de publication : 3 mars 2024
Contributeurs : Stephanie Susnjara, Ian Smalley
Les mainframes sont des serveurs de données conçus pour traiter jusqu’à mille milliards de transactions web par jour avec les plus hauts niveaux de sécurité et de fiabilité.
À la base, les mainframes sont des ordinateurs à haute performance dotés d’une grande capacité de mémoire et de processeurs de données qui traitent des milliards de calculs et de transactions simples en temps réel. Un ordinateur mainframe est essentiel pour les bases de données commerciales, les serveurs de transactions et les applications qui nécessitent une résilience, une sécurité et une agilité élevées.
Depuis l’avènement de l’Internet et l’essor du cloud computing, certains perçoivent le mainframe comme un dinosaure de la technologie. Pourtant, le mainframe a évolué au rythme des autres technologies et continue de jouer un rôle essentiel dans l’infrastructure informatique.
Selon un récent rapport d’IBM, 45 des 50 premières banques, 4 des 5 premières compagnies aériennes, 7 des 10 premiers détaillants mondiaux et 67 des 100 premières entreprises du classement Fortune utilisent le mainframe comme plateforme principale. Une étude de l’IBM Institute of Business Value (IBV) a également révélé que les mainframes gèrent près de 70 % des workloads informatiques de production dans le monde et que 70 % des cadres interrogés estiment que les applications basées sur les mainframes sont au cœur de leur stratégie commerciale.
Le terme « mainframe » faisait initialement référence à un meuble de rangement qui abritait l’unité centrale de traitement (CPU) des premiers systèmes informatiques. Le mainframe servait de référentiel de données central ou de « hub » reliant les postes de travail ou les terminaux du centre de traitement des données d’une organisation. L’environnement informatique centralisé a cédé la place à un environnement informatique plus distribué, car les mainframes sont devenus plus petits et ont gagné en puissance de traitement, ce qui les a également rendus plus flexibles et plus polyvalents. Aujourd’hui, les mainframes traitent et stockent de gigantesques quantités de données et portent le nom de serveurs d’entreprise (ou serveurs de données).
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Les premiers systèmes mainframe remplissaient des structures métalliques qui pouvaient occuper entre 180 et plus de 900 mètres carrés. Ces énormes machines nécessitaient de grandes quantités d’énergie électrique, un système de climatisation et une multitude de dispositifs d’entrée/sortie (E/S). Les mainframes d’aujourd’hui sont plus petits que les premières machines « Big Iron » et ont environ la taille d’un grand réfrigérateur. Les derniers modèles (par exemple, le système à châssis unique IBM z16 avec un rack standard de 19 pouces, soit un peu moins de 50 cm) sont conçus pour s’intégrer facilement à d’autres infrastructures et systèmes informatiques d’un centre de données moderne, que ce soit sur site (sur le site physique d’une entreprise) ou dans un centre de données cloud.
Conçu en 1937, le Harvard Mark I, ou IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (lien externe à ibm.com), est le premier ordinateur mainframe. Le Bureau des navires de la marine américaine a utilisé cette machine à des fins militaires pendant la dernière partie de la Seconde Guerre mondiale pour résoudre rapidement des problèmes mathématiques.
En 1951, l’Eckert-Mauchly Computer Corporation (EMCC) a commencé à construire le premier ordinateur commercial, l’UNIVAC (lien externe à ibm.com). Peu après, en 1953, IBM a présenté son premier ordinateur conçu pour un usage commercial : la IBM Model 701 Electronic Data Processing Machine ou « IBM 701 ». Le premier ordinateur électronique de l’entreprise, le 701, était 25 à 50 fois plus rapide que ses prédécesseurs, notamment grâce à des avancées en matière de puissance informatique, de capacité mémoire, et grâce à sa taille réduite.
Burroughs, Datamatic, GE, RCA et Philco sont d’autres fabricants américains d’ordinateurs commerciaux à grande échelle des années 1950.
Le premier mainframe moderne, l’IBM System/360, est arrivé sur le marché en 1964. En l’espace de deux ans, il a dominé le marché des mainframes et s’est imposé comme la norme du secteur. Avant cette machine, les logiciels devaient être écrits sur mesure pour chaque nouvelle machine et il n’existait pas de sociétés commerciales de logiciels. Le System/360 a dissocié le logiciel du matériel et, pour la première fois, un logiciel écrit pour une machine pouvait fonctionner sur n’importe quelle autre machine de la gamme.
Alors que beaucoup associent la virtualisation au cloud computing, la technologie de virtualisation à usage commercial a commencé sur le mainframe comme un moyen de diviser logiquement les ressources système à partager dans un grand groupe d’utilisateurs. Avant la virtualisation, les professionnels de l’informatique mainframe utilisaient des perforateurs à clavier, des tâches par lots et un seul système d’exploitation pour effectuer les opérations informatiques. En 1964, IBM lance le CP/CMS. Ce système d’exploitation monoposte léger contenait le premier hyperviseur, qui créait des machines virtuelles (VM), elles-même virtualisant le matériel sous-jacent, ce qui avait pour résultat d’augmenter l’efficacité et de réduire les coûts.
Lancé en 1970, l’IBM System/370 a marqué pour la première fois l’abandon par IBM de la technologie des noyaux magnétiques en ferrite au profit des puces de mémoire en silicium pour le stockage des données et des instructions, car elles permettaient des vitesses de fonctionnement plus rapides et nécessitaient beaucoup moins d’espace. Six mois après le lancement du System/370, l’expression « Silicon Valley » est apparue pour la première fois dans un numéro d’Electronic News.
Parmi les autres fabricants importants sur le marché des ordinateurs centraux dans les années 70 et 80, citons Fujitsu, Hewlett-Packard, Hitachi, Honeywell, RCA, Siemens et Sperry Univac. Au cours de cette période, l’industrie des ordinateurs centraux a continué à progresser avec des machines plus petites, des améliorations de la performance des E/S, une mémoire plus importante et des processeurs multiples, ce qui a permis d’accroître leur fonctionnalité et leur capacité.
Dans les années 1990, alors que l’utilisation de l’ordinateur personnel et d’autres technologies s’accélérait, certains analystes ont prédit la fin du mainframe. En 1991, Stewart Alsop, analyste chez InfoWorld, a déclaré : « Je prédis que le dernier mainframe sera débranché le 15 mars 1996. »
Pourtant, celui-ci survit en tant qu’infrastructure informatique de base dans tous les secteurs d’activité. En avril 2022, IBM a dévoilé la dernière génération d’IBM zSeries : le z16, équipé du processeur IBM Telum avec des accélérateurs intégrés sur puce, une première sur le marché, pour prédire et automatiser avec l’IA à une vitesse et à une échelle sans précédent (et avec une latence extrêmement faible).
Les premiers mainframes, comme le S/360, étaient dotés d’un seul processeur ou unité centrale de traitement (CPU), tandis que les mainframes actuels sont dotés d’un complexe de processeurs centraux (CPC) composé de processeurs spécialisés conçus à des fins spécifiques.
Le mainframe moderne contient des cartes de réseau, de chiffrement, de stockage et de compression avec leurs propres processeurs et leur propre mémoire. Il héberge également des processeurs d’assistance système (SAP) qui accélèrent le transfert de données entre le système d’exploitation et les E/S (périphériques d’entrée/sortie) et des processeurs pour l’exécution de Linux, Java et d’autres workloads. Cette configuration permet au mainframe d’offrir une utilisation maximale en continu tout en gérant des volumes de débit élevés.
Le grand nombre de processeurs dans la technologie mainframe soutient les entreprises de nombreux secteurs (par exemple, les agences gouvernementales, les services publics, les institutions financières, les établissements de santé) qui s’appuient sur le traitement des transactions à grande échelle pour gérer d’énormes workloads de données, de gros volumes de transactions financières, etc. Les solutions mainframe actuelles sont également conçues pour prendre en charge le cloud computing, la gestion des données, le big data et l’analytique, l’intelligence artificielle (IA) et l’informatique quantique, avec des extensions et des couches d’intégration qui s’intègrent aux systèmes centraux.
La valeur associée de longue date aux mainframes est la fiabilité, la disponibilité et la facilité d’entretien (« Reliability, Availability and Serviceability » ou RAS).
Le matériel du mainframe est doté d’un système d’autocontrôle et de reprise étendu.
Le système peut récupérer avec un composant défaillant, sans affecter le reste du système. Les mainframes actuels offrent une haute disponibilité en continu et une reprise après sinistre rapide pour vous protéger contre les temps d’arrêt.
Le mainframe peut déterminer la cause d’une défaillance. Cette capacité permet de remplacer des éléments matériels et logiciels tout en ayant un impact aussi minime que possible sur le système opérationnel.
Les mainframes modernes offrent également les avantages uniques suivants :
Exécution de systèmes d’exploitation standard tels que Linux, de systèmes d’exploitation spécialisés et de logiciels qui utilisent des capacités matérielles uniques.
Prise en charge de transactions simultanées massives, du traitement des données et du débit (E/S) grâce à une capacité intégrée à la demande et à une mémoire partagée intégrée pour la communication directe des applications.
Offrez des niveaux de sécurité inégalés grâce à des cartes cryptographiques intégrées et à des logiciels innovants qui utilisent l’intelligence artificielle et des solutions de machine learning (ML) pour aider à détecter les cyberattaques et les fraudes. Par exemple, les mainframes modernes peuvent exécuter jusqu’à mille milliards de transactions web sécurisées par jour et gérer la confidentialité par politique.
Résilience grâce à de multiples couches de redondance pour chaque composant (par exemple, alimentation électrique, refroidissement, batteries de secours, processeurs, composants E/S, modules de cryptographie) et tests de résistance aux conditions climatiques extrêmes.
Un mainframe sert de serveur pour le stockage et le traitement des données à grande vitesse et peut exécuter des millions d’instructions simultanément. En revanche, les supercalculateurs sont beaucoup plus rapides et peuvent exécuter des milliards d’opérations à virgule flottante en une seconde. Ils peuvent effectuer des calculs massifs pour les prévisions météorologiques, la recherche climatique, la modélisation moléculaire, les simulations physiques et bien plus encore.
Les organisations actuelles adoptent des architectures cloud et distribuées qui soutiennent l’innovation numérique afin de créer un avantage concurrentiel. Les environnements cloud ne remplacent pas les mainframes.
Au contraire, les deux systèmes ont fusionné en une stratégie holistique de transformation numérique. Pour cela, la modernisation des applications basées sur les mainframes est devenue un élément essentiel de l’approche actuelle des entreprises en matière de cloud hybride, qui allie les paramètres sur site, de cloud public, de cloud privé et de périphérie pour créer une infrastructure informatique unique et flexible.
En intégrant et en étendant les capacités des mainframes dans un environnement de cloud hybride, les entreprises peuvent choisir le meilleur environnement pour leurs workloads (que ce soit dans le cloud ou sur site) afin de maximiser l’innovation, les avancées techniques, la sécurité et la résilience de chaque plateforme. Ainsi, une compagnie aérienne peut créer une application permettant aux clients de gérer leurs informations de voyage, telles que les réservations basées sur le cloud. Le service peut également accéder à des données conservées sur des mainframes, comme les changements dans les heures d’arrivée et de départ des vols. Ce service ne remplace ni n’améliore les capacités existantes des mainframes. Il permet plutôt au client de tirer le meilleur des deux mondes : les données résidant dans le cloud et sur site.
La modernisation des applications (le processus de transformation d’applications monolithiques héritées en applications cloud basées sur une architecture de microservices) commence par l’évaluation des applications, des données et de l’infrastructure héritées actuelles et par l’application de la bonne stratégie de modernisation pour obtenir le résultat souhaité. Bien qu’il soit possible d’appliquer un processus de « lift-and-shift » aux applications, la restructuration de l’application pour tirer parti des technologies cloud natives (par exemple, les conteneurs et Kubernetes) offre souvent plus de valeur métier.
Aujourd’hui, la modernisation des applications mainframe va de pair avec le DevOps, l’ensemble des processus et des pratiques visant à automatiser le travail des équipes de développement de logiciels et d’opérations informatiques. Dans une récente enquête IDC (lien externe à ibm.com), 82 % des entreprises ont déclaré avoir pris des mesures pour privilégier l’utilisation des mêmes outils de développement d’applications dans les environnements mainframe et cloud natifs. Les équipes de développement s’appuient sur les pratiques DevOps et DevSecOps et fournissent des applications par le biais de pipelines automatisés et intégrés pour une livraison plus rapide et plus agile des versions et mises à jour logicielles dans des environnements cloud hybrides ciblés.
La durabilité est devenue un impératif pour les entreprises. Les centres de données représentant environ 1 % de la consommation énergétique mondiale (lien externe à ibm.com), les grandes organisations recherchent des moyens de réduire la consommation énergétique de leurs systèmes informatiques dans le cadre de leurs initiatives ESG. Les mainframes modernes consomment moins d’énergie et nécessitent moins d’espace, ce qui contribue à améliorer l’efficacité du centre de données.
Dans un rapport d’Allied Market Research (lien externe à ibm.com), le marché mondial des mainframes était évalué à 2,9 millions de dollars en 2022 et devrait atteindre 5,6 milliards de dollars d’ici 2032, avec un TCAC de 7,3 %.
Voici quelques exemples de secteurs qui dépendent fortement des mainframes.
Les banques doivent traiter de gros volumes de transactions, qu’il s’agisse de transactions par carte de crédit, de retraits aux guichets automatiques ou de mises à jour de comptes en ligne. Les mainframes fournissent la puissance de traitement des données nécessaire pour fournir ces services à grande échelle. Les transactions et les technologies de nouvelle génération, comme la blockchain, s’appuient sur les mainframes pour la vitesse, l’évolutivité et les niveaux de sécurité qu’ils offrent.
Les compagnies d’assurance les plus importantes du monde utilisent des mainframes pour traiter en toute sécurité de vastes quantités de données sensibles telles que les informations à caractère personnel (PII) des patients, les dossiers médicaux et les informations de facturation.
De nombreux services gouvernementaux critiques, des forces de l’ordre à la sécurité nationale, s’appuient sur des systèmes mainframe pour obtenir la meilleure combinaison de sécurité, de performance et de résilience. Les organismes gouvernementaux comme les forces de l’ordre ont besoin de résilience face aux défaillances système ou aux failles de sécurité. Les plateformes mainframe modernes utilisent l’IA pour tirer plus rapidement parti des données et augmenter l’efficacité de la cybersécurité.
Les détaillants en ligne ont besoin d’une énorme puissance de traitement, et ils dépendent des systèmes mainframe pour la prise en charge à grande échelle des transactions sur les appareils mobiles et d’autres types d’appareil.
IBM z16 est la dernière itération des mainframes IBM Z avec l’inférence de l’IA sur puce et des technologies quantique inédites.
IBM Z est une gamme d’équipements z/Architecture modernes qui fonctionnent sous z/OS, Linux, z/TPF, z/VM et avec les logiciels IBM Z Systems.
IBM Z/OS est un système d’exploitation pour les mainframes IBM Z. Il est adapté aux opérations continues et à haut volume et doté d’une sécurité et d’une stabilité élevées.
IBM LinuxONE est un serveur Linux de niveau entreprise qui associe l’expérience IBM dans la construction de systèmes d’entreprise à l’ouverture du système d’exploitation Linux.
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La virtualisation permet de diviser les ressources matérielles d'un ordinateur (processeurs, mémoire, stockage, etc.) en plusieurs ordinateurs virtuels, appelés machines virtuelles (VM).