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Le matériel de supercalculateur exascale est facile – c’est le logiciel qui nous retient – High-teK.ca

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Les laboratoires nationaux Sandia ont lancé un nouveau programme destiné à accélérer le développement d’un système d’exploitation compatible exascale. Le projet, baptisé XPRESS (eXacale Programming Environment and System Software) recevra 2,3 millions de dollars par an pendant les trois prochaines années du ministère de l’Énergie. Nous avons déjà couvert Biche et DARPA initiatives visant à mettre l’informatique exascale sur le marché, et ont discuté des formidables défis que les ingénieurs en matériel doivent surmonter pour faire de ces efforts une réalité.

Les problèmes logiciels sont tout aussi problématiques. Le directeur du projet, Ron Brightwell, note que les systèmes d’exploitation et les programmes de transmission de messages actuellement utilisés sur les superordinateurs modernes ont 15 à 20 ans et ont été écrits à une époque où les nœuds individuels avec des centaines de processeurs n’étaient même pas sur la planche à dessin. XPRESS, déclare-t-il, « vise à fournir une base logicielle système conçue pour maximiser les performances et l’évolutivité des futurs ordinateurs parallèles à grande échelle ».

C’est le genre de projet de « retour à la planche à dessin » dans lequel les entreprises individuelles s’engagent rarement. Intel a consacré beaucoup de temps et d’efforts à la recherche d’architectures multicœurs et piloter des processeurs basse consommation, tout comme Microsoft, mais les deux sociétés développent des produits en vue d’une commercialisation à court et moyen terme. L’une des dures réalités de la conception matérielle est que l’évolution a tendance à rapporter des dividendes bien meilleurs que la révolution.

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Ce que Sandia essaie de construire est un système d’exploitation qui peut évoluer sur des milliers de nœuds bien plus efficacement que les produits actuels.

Métier à tisser

Ce métier à tisser à l’ancienne illustre parfaitement le problème. L’avènement des métiers à tisser industriels a permis de tisser des tissus à une vitesse beaucoup plus grande que jamais auparavant, à des densités de fils plus élevées et par un seul opérateur, mais les densités de fils ne peuvent pas augmenter indéfiniment. La tension de chaque fil doit être maintenue constante — mais la montant de tension par bobine variera en fonction de sa distance. Les bobines doivent tourner en douceur et les mécanismes associés qui maintiennent l’ensemble du métier à tisser en marche doivent fonctionner avec une extrême précision.

C’est là que réside le problème avec les systèmes d’exploitation modernes – ils ne sont pas vraiment modernes. Simplement empiler plus de bobines dans un métier à tisser plus grand devient finalement impossible ; la machine qui en résulte est soit trop lente pour être efficace, soit trop complexe pour fonctionner à pleine capacité.

À l’heure actuelle, l’objectif de l’équipe Sandia est de résoudre des problèmes spécifiques plutôt que d’essayer de faire évoluer un système d’exploitation entier jusqu’à des niveaux exascale. Plus précisément, le groupe de travail se concentrera sur la réduction des frais généraux, de la latence des instructions et des accès simultanés à la mémoire. Ce dernier peut ralentir considérablement un programme si la même zone de données doit être accédée par plusieurs processus simultanément.

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Il y a des liens avec le travail qu’Intel fait avec Xéon Phi et ses propres serveurs Atom ultra basse consommation. De nombreux défis liés à la mise à l’échelle du supercalcul jusqu’à des niveaux exascale sont liés au problème de l’évolution de la consommation d’énergie vers le bas en dessous de 1W. Pour les résoudre, il faut une efficacité énergétique extrêmement élevée, une communication intra-cœur et la capacité d’horloger d’importants blocs de silicium pour réduire la consommation d’énergie globale.

À l’heure actuelle, le DoE espère commencer les constructions exascale d’ici 2020. C’est beaucoup plus long qu’il n’en a fallu pour passer à pétascale, mais cela pourrait être faisable si des initiatives comme celle-ci se concrétisent.

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