L’avenir des superordinateurs : la démocratisation est essentielle

La technologie de superinformatique a changé de manière indélébile la façon dont nous abordons les problèmes complexes de notre monde, des prévisions météorologiques et de la modélisation climatique à la protection de la sécurité de notre nation contre les cyberattaques. Tous les supercalculateurs les plus performants au monde fonctionnent désormais sous Linux, et avec les 30^e anniversaire de la création de Linux approchant à grands pas cet été, c’est un moment important pour examiner comment les États-Unis peuvent renforcer leur cyberinfrastructure avancée et investir dans la prochaine génération de supercalculateurs.

Alors que les superordinateurs étaient autrefois une rareté, ces machines hautes performances sont désormais omniprésentes dans nos vies, que nous en soyons conscients ou non. Tout, de la conception de bouteilles d’eau à l’accélération de la recherche de vaccins contre le COVID-19, est rendu possible par les capacités phénoménales des superordinateurs. La capacité de ces machines à modéliser et à résoudre des problèmes complexes est devenue un pilier essentiel de l’invention et de l’innovation mondiales, offrant des avantages économiques et réalisant d’importantes percées scientifiques. Pourtant, alors que les urgences et les problèmes futurs deviennent plus imprévisibles et plus complexes, la technologie – et en particulier les superordinateurs américains – doit rattraper la concurrence mondiale. Pour vraiment améliorer notre compétitivité nationale, nous devons augmenter les investissements dans les technologies informatiques stratégiques et faire des efforts importants pour démocratiser l’utilisation des supercalculateurs.

Un bond en avant révolutionnaire

Il y a des décennies, le mouvement des supercalculateurs Linux était un bond en avant révolutionnaire par rapport aux technologies informatiques disponibles. J’ai construit le premier supercalculateur Linux, nommé Roadrunner, pour environ 400 000 $. Des tentatives antérieures de clusters de PC Linux, tels que Beowulf, existaient, mais il leur manquait des composants système importants qui distinguent les superordinateurs d’une pile d’ordinateurs. Bien que les clusters Beowulf puissent résoudre certains problèmes soigneusement divisés en tâches indépendantes, la technologie n’a pas encore permis d’obtenir une communication rapide entre les processeurs, ce qui était nécessaire pour prendre en charge le grand nombre d’applications scientifiques exécutées sur des superordinateurs. En revanche, Roadrunner deviendrait plus tard un nœud sur la National Technology Grid, permettant aux chercheurs d’accéder à des superordinateurs pour la résolution de problèmes à grande échelle à partir de leurs ordinateurs de bureau. L’investissement dans le développement de Roadrunner s’est rapidement avéré être le catalyseur du moment des supercalculateurs Linux, inspirant une nouvelle vague de supercalculateurs créés pour une utilisation commerciale plus large.

Lorsque Roadrunner a été mis en ligne, il figurait parmi les 100 supercalculateurs les plus rapides au monde. Depuis lors, la technologie n’a fait que s’améliorer et remporter la compétition mondiale pour construire le supercalculateur le mieux classé n’a fait que s’intensifier. Les gouvernements du monde entier ont accru leurs investissements dans le développement de l’informatique de pointe afin de rivaliser avec d’autres pays. Représentation symbolique de la course mondiale, la liste Top500 classe les supercalculateurs les plus rapides et les plus puissants au monde et révèle quels pays reconnaissent l’importance de disposer d’une infrastructure de supercalcul solide. Si les capacités techniques des machines classées sont certainement impressionnantes à elles seules, ne vous y trompez pas : elles sont des indicateurs des capacités économiques, militaires et commerciales des pays représentés. Comme l’a dit le Conseil américain sur la compétitivité, “le pays qui veut surpasser la concurrence doit surpasser”.

Lorsqu’il s’agit d’effectuer des tâches scientifiques complexes, la technologie des supercalculateurs s’avère inestimable. Les problèmes au carrefour de la nature et de la civilisation, comme la pandémie de COVID-19, seront toujours pertinents pour les chercheurs et nécessiteront toujours des outils de pointe. Dans une étude récente, une équipe de chercheurs, dont mes collègues du New Jersey Institute of Technology, a construit avec succès des modèles pour suivre le mouvement des particules de COVID-19 dans les supermarchés ; leurs simulations fournissent des informations précieuses sur la façon dont le virus se propage. Comment les simulations ont-elles été faites ? Ils ont été rendus possibles grâce au San Diego Supercomputer Center de l’Université de Californie-San Diego. L’investissement stimule l’innovation et même des découvertes qui sauvent des vies.

Démocratisation

La deuxième étape est la démocratisation : les capacités de résolution de problèmes des superordinateurs ne feront que s’améliorer à mesure que davantage de personnes auront accès aux technologies et apprendront à les utiliser. Les femmes et d’autres groupes sous-représentés dans les domaines STEM ont actuellement un accès limité à la puissance de la superinformatique, et le domaine du calcul haute performance perd actuellement des perspectives importantes.

Un obstacle important à la démocratisation est l’aspect pratique : travailler avec des quantités massives de données, telles que des dizaines de téraoctets, nécessite généralement la connaissance et l’accès à des ordinateurs hautes performances. Mais grâce à un prix de la National Science Foundation, mon équipe de recherche développe de nouveaux algorithmes et logiciels qui permettent un accès plus facile au calcul haute performance. Le projet de recherche se concentrera sur l’extension d’Arkouda, une bibliothèque de code open source utilisée par les scientifiques des données du ministère de la Défense, et il commencera à combler le fossé entre les gens ordinaires et la technologie informatique haute performance. Lorsque nous supprimons les barrières d’utilisation et permettons à plus de personnes d’interagir avec ces technologies, nous pouvons utiliser toutes les capacités des superordinateurs.

L’augmentation des investissements et l’élargissement de la base d’utilisateurs des superordinateurs contribuent à faire avancer l’innovation et l’amélioration dans les universités, les gouvernements et le secteur privé. Si nous ne pouvons pas mettre les superordinateurs avancés entre les mains d’un plus grand nombre de personnes, les États-Unis prendront du retard à l’échelle mondiale dans la résolution de certains des problèmes les plus urgents de demain.

Donne la vie. Bader est professeur émérite au département d’informatique du Ying Wu College of Computing et directeur de l’Institute for Data Science du New Jersey Institute of Technology. Il est membre de l’IEEE, de l’AAAS et du SIAM.

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