Qu’est-ce que le supercalcul ?

La technologie de supercalcul comprend les supercalculateurs, qui sont les ordinateurs les plus rapides au monde. Ils se composent d’interconnexions, de systèmes d’E/S, de mémoire et de cœurs de processeur.

Contrairement aux ordinateurs traditionnels, les supercalculateurs utilisent plusieurs unités centrales (CPU), qui sont regroupées en nœuds de calcul, comprenant un processeur ou un groupe de processeurs (multitraitement symétrique ou SMP) et un bloc de mémoire. À grande échelle, un supercalculateur peut contenir des dizaines de milliers de nœuds. Grâce à leurs capacités de communication par interconnexion, ces nœuds peuvent collaborer pour résoudre un problème particulier. Ils utilisent également des interconnexions pour communiquer avec des systèmes d’E/S, tels que le stockage de données et la mise en réseau.

Il est important de noter qu’en raison de la consommation électrique des supercalculateurs modernes, les centres de données ont besoin de systèmes de refroidissement et d’installations adaptées pour les accueillir.

Les supercalculateurs étant souvent utilisés pour exécuter des programmes d’intelligence artificielle, le supercalcul est devenu synonyme d’IA. Cette utilisation régulière s’explique par le fait que les programmes d’IA nécessitent un calcul haute performance que seuls les supercalculateurs peuvent fournir. En d’autres termes, les supercalculateurs peuvent gérer les types de workloads généralement nécessaires aux applications d’IA.

Par exemple, IBM® a pensé aux mégadonnées et aux workloads d’IA lors de la conception des superordinateurs Summit et Sierra. Ces derniers permettent de modéliser les supernovas, de mettre au point de nouveaux matériaux et d’explorer des thématiques telles que le cancer, la génétique et l’environnement en utilisant des technologies accessibles à chaque entreprise.

La puissance de calcul des supercalculateurs est mesurée en opérations en virgule flottante par seconde (« floating-point operations per second » ou « FLOPS »). Le pétaflops est une unité de mesure de la vitesse de traitement d’un ordinateur équivalant à mille milliards de flops. Un système informatique d’une puissance d’un pétaflops peut effectuer un quadrillion de flops (soit 10¹⁵ flops). Pour vous donner un ordre d‘idée, les supercalculateurs ont une puissance de traitement un million de fois supérieure à celle de l’ordinateur portable le plus rapide.

Selon le classement TOP500, le supercalculateur le plus rapide au monde est le Fugaku japonais, avec une vitesse de 442 pétaflops en juin 2021. Les supercalculateurs IBM Summit et Sierra occupent respectivement la deuxième et la troisième place, avec des vitesses de 148,8 et 94,6 pétaflops. Summit est situé à l’Oak Ridge National Laboratory, un établissement du ministère américain de l’Énergie dans le Tennessee (États-Unis). Sierra se trouve au Lawrence Livermore National Laboratory en Californie.

Pour mettre en perspective les vitesses actuelles, lorsque le Cray-1 a été installé au Los Alamos National Laboratory en 1976, il atteignait une vitesse d’environ 160 mégaflops. Un mégaflops permet d’effectuer un million de flops (soit 10⁶ flops).

Le terme « supercalcul » est parfois utilisé comme synonyme d’autres types de calculs. Cependant, ces synonymes peuvent parfois prêter à confusion. Afin de clarifier certaines similitudes et différences entre les types de calculs, voici quelques comparaisons courantes.

Alors que le supercalcul fait généralement référence au processus de calculs complexes et volumineux utilisés par les supercalculateurs, le calcul haute performance (HPC) consiste à utiliser plusieurs supercalculateurs pour traiter des calculs complexes et volumineux. Les deux termes sont souvent utilisés de manière interchangeable.

Les supercalculateurs sont parfois appelés ordinateurs parallèles, en raison de leur capacité à utiliser le traitement parallèle. Par traitement parallèle, on entend le fait que plusieurs processeurs travaillent simultanément à la résolution d’un même calcul. Cependant, les scénarios HPC utilisent également le parallélisme, sans nécessairement recourir à un supercalculateur.

Une autre exception réside dans le fait que les supercalculateurs peuvent utiliser d’autres systèmes de processeurs, tels que des processeurs vectoriels, scalaires ou multithread.

L’informatique quantique est un modèle informatique qui exploite les lois de la mécanique quantique pour traiter les données. Les calculs sont effectués sur la base de probabilités. Ce modèle vise à résoudre des problèmes complexes que les supercalculateurs les plus puissants au monde ne peuvent pas résoudre et ne pourront jamais résoudre.

Le supercalcul a évolué au fil des ans depuis la mise en service de la machine Colossus à Bletchley Park (Angleterre) dans les années 1940. Le Colossus était le premier ordinateur numérique électronique fonctionnel conçu par Tommy Flowers, ingénieur en téléphonie au General Post Office (GPO) britannique.

Le terme « supercalculateur » est apparu au début des années 1960, lorsque IBM a lancé l’IBM 7030 Stretch et Sperry Rand a dévoilé l’UNIVAC LARC. Il s’agit des deux premiers supercalculateurs intentionnels, conçus pour être plus puissants que les machines commerciales les plus rapides disponibles à l’époque. Les événements qui ont influencé le progrès du supercalcul ont commencé à la fin des années 1950, lorsque le gouvernement américain s’est mis à financer régulièrement le développement d’une technologie informatique de pointe et hautement performante à des fins militaires.

Bien que les superordinateurs aient été initialement produits en quantités limitées pour le gouvernement, la technologie développée allait se généraliser dans les secteurs industriel et commercial. Par exemple, deux entreprises américaines, Control Data Corporation (CDC) et Cray Research, ont dominé le secteur des supercalculateurs commerciaux du milieu des années 1960 à la fin des années 1970. Le CDC 6600, conçu par Seymour Cray, est considéré comme le premier supercalculateur commercial à succès. IBM est ensuite devenu l’un des leaders du secteur commercial des années 1990 à nos jours.