Qu'est-ce que le calcul hautes performances (HPC) ?

Le calcul hautes performances (HPC) est une technologie qui exploite la puissance des superordinateurs ou des clusters d'ordinateurs pour résoudre des problèmes complexes nécessitant des calculs massifs.

Gros plan sur des circuits

Pourquoi le calcul hautes performances est-il important ?

Le calcul HPC permet aux utilisateurs de traiter de grandes quantités de données plus rapidement qu'un ordinateur standard, permettant ainsi d'obtenir des informations plus rapidement et de donner aux organisations la possibilité de garder une longueur d'avance sur la concurrence. Les solutions HPC peuvent être un million de fois plus puissantes que l'ordinateur portable le plus rapide. Cette puissance permet aux entreprises d'exécuter des calculs analytiques volumineux, tels que des millions de scénarios utilisant jusqu'à des téraoctets (To) de données. Par exemple, la planification de scénarios nécessite des calculs analytiques volumineux fournis par un calcul HPC, comme des prévisions météorologiques ou des évaluations de gestion des risques. Les organisations peuvent également exécuter des simulations de conception avant de construire physiquement des éléments tels que des puces ou des voitures. En résumé, le calcul haute performance permet aux entreprises d'être plus performantes tout en dépensant moins.

Une autre application majeure du calcul HPC se situe dans les domaines des avancées médicales et matérielles. Par exemple, le calcul HPC peut être déployé pour :

Combattre le cancer : les algorithmes d'apprentissage automatique aideront à fournir aux chercheurs une vue complète de la population cancéreuse aux Etats-Unis à un niveau de détail granulaire.

Identifier les matériaux de nouvelle génération : l'apprentissage en profondeur pourrait aider les scientifiques à identifier des matériaux pour de meilleures batteries, des matériaux de construction plus résistants et des semi-conducteurs plus efficaces.

Comprendre des schémas de maladie : en utilisant un mélange de techniques d'intelligence artificielle (IA), les chercheurs identifieront des schémas de fonction, de coopération et d'évolution des protéines humaines et des systèmes cellulaires.


Comment fonctionne le calcul hautes performances ?

Les ordinateurs standard effectuent des tâches transaction par transaction, ce qui signifie qu'une transaction, ou tâche, n'a lieu que lorsque l'ordinateur a terminé la précédente. En revanche, le calcul HPC utilise toutes les ressources ou processeurs disponibles pour effectuer plusieurs tâches à la fois. Par conséquent, le temps qu'il faut pour terminer une tâche dépend des ressources disponibles et de la conception utilisée. Et s'il y a plus de tâches qu'il n'y a de processeurs, alors le système de calcul HPC forme une file d'attente.

La plupart du temps, le calcul HPC se produit sur des supercalculateurs. Ces systèmes puissants aident les organisations à résoudre des problèmes qui pourraient autrement être insurmontables. Et ces problèmes, ou tâches, nécessitent des processeurs capables d'exécuter des instructions plus rapidement que les ordinateurs standard, exécutant parfois de nombreux processeurs en parallèle pour obtenir des réponses dans un délai de réalisation pratique.

Outre le traitement parallèle, les tâches de calcul HPC nécessitent également des disques rapides et une mémoire à grande vitesse. Par conséquent, les systèmes de calcul HPC incluent des serveurs informatiques et gourmands en données avec des processeurs puissants qui peuvent être mis à l'échelle verticalement et disponibles pour un groupe d'utilisateurs. Les systèmes de calcul HPC peuvent également disposer de nombreuses unités de traitement graphique (GPU) puissantes pour les tâches gourmandes en graphiques. Toutefois, chaque serveur n'héberge qu'une seule application.

Les systèmes de calcul HPC peuvent également évoluer horizontalement au moyen de clusters. Ces clusters sont constitués d'ordinateurs en réseau comprenant des capacités de planificateur, de calcul et de stockage. Les clusters de calcul HPC uniques peuvent atteindre 100 000 cœurs de calcul ou plus, par exemple. Contrairement aux systèmes à serveur unique, les clusters peuvent accueillir plusieurs applications et ressources pour un groupe d'utilisateurs. Et bien qu'elles soient gérées par une planification basée sur des règles, la puissance de calcul et les ressources de base combinées d'un cluster peuvent gérer une charge de travail dynamique.


Conceptions de systèmes de calcul HPC

Ce qui donne aux solutions de calcul HPC un avantage en termes de puissance et de vitesse par rapport aux ordinateurs standard, ce sont leurs conceptions matérielles et système. Trois conceptions de calcul HPC sont utilisées : le calcul parallèle, le calcul en cluster et le calcul en grille et distribué.

Calculs en parallèle

Les systèmes HPC de calculs en parallèle impliquent des centaines de processeurs, chaque processeur exécutant des charges utiles de calcul simultanément.

Calcul en cluster

Le calcul en cluster est un type de système de calcul HPC parallèle composé d'un ensemble d'ordinateurs fonctionnant ensemble en tant que ressource intégrée. Il comprend des capacités de planification, de calcul et de stockage.

Calcul en grille et distribué

Les systèmes HPC de calcul en grille et distribué connectent la puissance de traitement de plusieurs ordinateurs au sein d'un réseau. Le réseau peut être une grille située à un seul emplacement ou réparti sur une vaste zone en différents endroits, reliant les ressources de réseau, de calcul, de données et d'instruments.


Calcul hautes performances et cloud

Avec les progrès des technologies de cloud, les solutions de calcul HPC sont devenues plus accessibles et abordables pour les entreprises. Aujourd'hui, les entreprises peuvent accéder à une plus grande variété d'applications HPC et de ressources dynamiques avec seulement une connexion Internet haut débit et les avantages du cloud, tels que la flexibilité, l'efficacité et la valeur stratégique.


Avantages du cloud HPC

Flexibilité

Les utilisateurs peuvent dimensionner les services en fonction de leurs besoins, personnaliser les applications et accéder aux centres de données HPC spécialisés depuis n'importe où avec une connexion Internet.

Efficacité

Les utilisateurs peuvent traiter davantage de charges de travail HPC et réaliser des économies sur les coûts de main-d'œuvre sans se soucier des coûts d'infrastructure sous-jacents ou de la maintenance.

Valeur stratégique

Les services cloud HPC donnent aux entreprises un avantage concurrentiel en fournissant la technologie la plus innovante disponible qui répond à leurs besoins de capacité.


Comment le calcul hautes performances est-il utilisé ?

Aujourd'hui, le calcul hautes performances est devenu synonyme d'intelligence artificielle. Par exemple, les superordinateurs Summit et Sierra ont été conçus en tenant compte des charges de travail de l'IA. Mais ils aident également à modéliser des supernovas, à inventer de nouveaux matériaux et à explorer le cancer, la génétique et l'environnement. 

Le calcul hautes performances est également indispensable lorsqu'il s'agit de :

  • Big ​​data : des ensembles de données multidimensionnels massifs
  • Analyse de données
  • Base de données de performances extrêmes
  • Apprentissage automatique

Où est utilisé le calcul hautes performances ?

Automobile et aérospatiale

  • Modélisation CFD-aérodynamique
  • Analyse d'impact FEA et de résistance structurelle
  • CAO et FAO

Banque, marchés des services financiers et assurance

  • Simulations de Monte-Carlo
  • Analyse des risques
  • Détection des fraudes

Architecture orientée événements

  • Conception et optimisation des puces
  • Simulation et vérification de circuits
  • Optimisation de la fabrication

Films, médias et jeux vidéo

  • Rendu
  • Graphismes assistés par ordinateur
  • Images de synthèse (CGI)
  • Transcodage et codage
  • Analyse et traitement d'images en temps réel

Gouvernement et défense

  • Agence de renseignement
  • Analyse des fraudes
  • Modélisation du climat
  • Prévisions météorologiques
  • Energie
  • Gestion responsable du nucléaire
  • Exploration

Sciences de la vie

  • Traitement génomique et séquençage
  • Conception pharmaceutique
  • Modélisation moléculaire et simulation biologique
  • Docking des protéines

Pétrole et gaz

  • Traitement des données sismiques
  • Simulation et modélisation de réservoir
  • Analyse géospatiale
  • Cartographie du terrain et de la topologie
  • Modélisation CFD-aérodynamique
  • Simulation de vent

Vente au détail

  • Analyse d'inventaire
  • Optimisation de la logistique et de la chaîne d'approvisionnement
  • Analyse des sentiments
  • Offres marketing

 

 


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