Qu'est-ce que le calcul à haute performance ?

Capable de traiter des opérations massives hors de portée des machines ordinaires, le calcul à haute performance (HPC) réduit considérablement le temps de traitement.

Également connu sous le nom de supercalculateur, le HPC revêt une immense importance dans notre monde axé sur les données. La croissance exponentielle des données, en particulier celles provenant des appareils IoT, devrait atteindre près de 80 zettaoctets d'ici 2025. Une seule usine équipée de dispositifs IoT peut générer des centaines de téraoctets de données par jour. Les méthodes informatiques traditionnelles ne suffisent pas à traiter des ensembles de données aussi vastes, mais le HPC gère efficacement la charge de travail en répartissant les opérations sur plusieurs ordinateurs à l'aide de logiciels avancés et de capacités réseau.

Découvrez pourquoi le calcul intensif est essentiel et explorez ses diverses applications dans différents secteurs. Exploitez le potentiel du calcul intensif pour relever les défis liés aux données, accélérer la recherche scientifique et porter l'innovation vers de nouveaux sommets.

Le calcul à haute performance (HPC) révolutionne l'analyse et la simulation des données en traitant d'immenses volumes de données qui dépassent les capacités des ordinateurs standard. Cette capacité remarquable est à l'origine d'avancées significatives dans divers domaines, en particulier dans la recherche scientifique.

L'exploitation du potentiel du calcul intensif a permis de faire des découvertes révolutionnaires, allant des traitements transformateurs du cancer à la mise au point de vaccins COVID-19 qui sauvent des vies. En exploitant la puissance de calcul du HPC, les chercheurs peuvent approfondir des ensembles de données complexes, découvrir des schémas compliqués et accélérer le rythme des percées scientifiques.

Un cluster, composé de plusieurs ordinateurs appelés nœuds, constitue un ordinateur puissant et performant. Chaque nœud est doté d'un système d'exploitation équipé d'un processeur multicœur, de capacités de stockage et de mise en réseau pour une communication transparente entre les nœuds. Dans une grappe plus petite, on peut trouver 16 nœuds avec 64 cœurs, soit quatre cœurs par processeur. L'association de ces composants et de capacités de mise en réseau avancées permet à cet ordinateur hautes performances d'offrir des performances de calcul nettement supérieures à celles d'un ordinateur standard.

L'utilisation de l'informatique de haute performance (HPC) s'étend aujourd'hui à plusieurs secteurs d'activité. Toutefois, on s'attend à ce qu'à l'avenir, presque tous les secteurs adoptent le calcul intensif pour traiter efficacement de grandes quantités de données. En particulier, les secteurs nécessitant une analyse rapide de vastes ensembles de données ont fait preuve d'un enthousiasme remarquable dans l'adoption du calcul haute performance. Il s'agit notamment des secteurs suivants

Recherche scientifique

L'astronomie

Apprentissage automatique

La cybersécurité

Séquençage du génome

Animation

Dynamique moléculaire

Effets visuels

Services financiers

Modélisation des risques financiers

Analyse des données du marché

Développement de produits

Conception de nouveaux produits

Chimie computationnelle

Imagerie sismique

Prévisions météorologiques

Conduite autonome

En particulier, quatre facteurs déterminent l'utilisation du calcul de haute performance :

Puissance de traitement

En termes simples, la capacité de traitement d'un seul processeur est insuffisante pour traiter de grands volumes de données. Le calcul à haute performance (HPC) permet de surmonter cette limitation en exploitant la puissance de traitement parallèle de plusieurs centres interconnectés. Dans ce contexte, les concepts clés sont les suivants

Par exemple, un petit cluster HPC peut comprendre 16 nœuds, chacun équipé de quatre cœurs, ce qui donne un total de 64 cœurs fonctionnant simultanément.

Les applications HPC contemporaines impliquent généralement des milliers de cœurs travaillant en parallèle pour accélérer les processus. Les fournisseurs d'infrastructure en tant que service (IaaS) offrent aux utilisateurs la possibilité d'accéder à un grand nombre de nœuds à la demande, en réduisant la charge de travail si nécessaire. Cette approche "pay-as-you-go" élimine le besoin de dépenses d'investissement substantielles (CAPEX) pour le développement de l'infrastructure. En outre, les utilisateurs de l'IaaS ont souvent la possibilité de personnaliser la configuration des nœuds pour des applications spécifiques.

Système d'exploitation

Les systèmes d'exploitation jouent le rôle d'interfaces vitales entre les composants matériels et logiciels dans les installations de calcul à haute performance (HPC). L'environnement HPC repose principalement sur deux grands systèmes d'exploitation : Linux et Windows.

Linux occupe le devant de la scène dans le domaine du calcul à haute performance, car il offre des caractéristiques robustes et une prise en charge étendue du traitement parallèle. Sa flexibilité et sa capacité de personnalisation en font un choix populaire pour répondre aux besoins de calcul exigeants des applications HPC. Linux est devenu le système d'exploitation de référence pour le calcul intensif, permettant une utilisation efficace des ressources et une grande évolutivité.

Windowsen revanche, le système d'exploitation de l'ordinateur de bureau, le système d'exploitation de l'ordinateur de bureau, trouve sa place dans les environnements HPC lorsque des applications spécifiques basées sur Windows sont nécessaires. Bien qu'il ne soit pas aussi couramment utilisé que Linux dans le domaine du calcul intensif, Windows constitue une option viable dans les scénarios où la compatibilité avec les logiciels spécifiques à Windows est primordiale.

Réseau

Le calcul à haute performance (HPC) s'appuie sur une infrastructure de réseau robuste pour connecter le matériel informatique, le stockage et les utilisateurs. Les réseaux HPC sont conçus pour gérer des bandes passantes importantes tout en garantissant une faible latence pour des transferts de données efficaces. Les gestionnaires de grappes, les services de gestion et les ordonnanceurs jouent un rôle crucial dans la facilitation des transmissions de données et la gestion des grappes.

Les gestionnaires de grappes se chargent de répartir les charges de travail entre les différentes ressources informatiques, notamment les CPU, les FPGA, les GPU et les disques. Pour assurer une gestion transparente des ressources, ces composants doivent être interconnectés au sein d'un réseau unifié. En s'appuyant sur des fournisseurs d'infrastructure en tant que service (IaaS), les utilisateurs bénéficient d'un provisionnement automatique des installations essentielles de gestion de l'infrastructure, ce qui simplifie le processus de gestion global.

En adoptant les services IaaS, les utilisateurs peuvent se concentrer sur leurs besoins de calcul spécifiques sans avoir à se préoccuper de la complexité de la gestion de l'infrastructure. Cette approche rationalisée du calcul intensif améliore la productivité et l'efficacité, ce qui permet d'obtenir des résultats optimaux.

Stockage

Dans le domaine du calcul à haute performance (HPC), les données sont stockées dans un grand référentiel de données afin de faciliter leur traitement. Étant donné que les données peuvent prendre différentes formes (structurées, semi-structurées et non structurées), différents types de bases de données peuvent être nécessaires pour les accueillir.

Au départ, les données brutes sont stockées dans un lac de données, ce qui pose des problèmes de traitement car elles n'ont pas d'objectif spécifique. Pour y remédier, les données traitées et affinées sont stockées dans des entrepôts de données, adaptés à l'usage auquel elles sont destinées.

Malgré son importance, le stockage est souvent négligé dans de nombreux cas d'utilisation du HPC. Le calcul intensif entre en jeu lorsqu'il s'agit de traiter de grandes quantités de données en parallèle, et les performances dépendent de la coordination parfaite de tous les composants architecturaux. Les solutions de stockage traditionnelles peuvent s'avérer inadaptées, provoquant des goulets d'étranglement et entravant les performances. Pour garantir des performances optimales, les architectures HPC utilisent souvent des solutions de stockage unifié de fichiers et d'objets rapides (UFFO) capables de suivre le rythme de la puissance de traitement de la configuration.