Le Paysage du HPC

ORAP est sans doute l’acteur le plus ancien dans le calcul de haute performance en France. D’autres acteurs importants se sont créés, avec des objectifs complémentaires.

Créé en 2007 par les pouvoirs publics pour placer la France au meilleur niveau européen et international dans le domaine du calcul intensif, GENCI, Grand Equipement National de Calcul Intensif, associe les principaux acteurs de la recherche académique dans ce domaine. GENCI a pour missions de :

• financer et coordonner la mise en œuvre de la stratégie française d’équipements des trois centres nationaux de calcul intensif pour la recherche civile ;
• participer pleinement à l’organisation et la réalisation d’un espace européen du calcul intensif pour la recherche. A ce titre, GENCI représente la France au sein de l’infrastructure européenne PRACE ;
• promouvoir la simulation numérique et le calcul intensif auprès des industriels, grands groupes comme PME, et dans la sphère de la recherche fondamentale et technologique.

La Maison de la Simulation est un laboratoire regroupant cinq partenaires (CEA, CNRS, INRIA, université d’Orsay et université de Versailles – St Quentin) qui a pour objectif d’accompagner, de soutenir et de stimuler les communautés scientifiques afin de tirer le meilleur parti des supercalculateurs, en particulier déployés dans le cadre de GENCI et du projet Européen PRACE. Elle favorise notamment l’émergence en France d’une communauté du calcul intensif et développe les synergies fortes entres chercheurs et ingénieurs de différentes disciplines nécessaires pour concrétiser les avancées scientifiques importantes attendues du calcul haute performance. Ses initiatives sont tournées à la fois vers les communautés déjà utilisatrices des grands moyens de calcul mais également vers la recherche de nouveau champ d’applications du calcul haute performance.

TERATEC est une association regroupant plus de soixante entreprises et laboratoires de recherche, créée à l’initiative du CEA pour constituer un pôle européen de compétences en simulation numérique à haute performance, avec pour objectifs de fédérer l’ensemble des acteurs industriels et académiques, offreurs et utilisateurs, de donner accès aux systèmes les plus puissants, de promouvoir et d’accroître l’attractivité du domaine en favorisant le développement économique.

TERATEC est implanté en Essonne dans la Communauté de communes de l’Arpajonnais. Au cœur d’une technopole labellisée zone de R&D, TERATEC est membre du pôle de compétitivité mondial “Systematic Paris-Région”.

Le Groupe Calcul est un groupe de communications et d’échanges de la communauté du calcul en France. Il a pour vocation d’être un réseau métier pour la communauté du calcul. Depuis 2009, ce groupe s’est structuré en un GDR et un réseau métier, et continue à oeuvrer pour la communauté. Ces actions sont diverses : liste de discussion, organisation de journées techniques, participation à des manifestations scientifiques et techniques, soutien aux actions des méso-centres.

Le Comité Stratégique du Calcul Intensif a été créé en 2007. Le Comité, formé spécialistes académiques et industriels, est présidé par le Professeur O. Pironneau, de l’Académie des Sciences. Il a pour mission de conduire des réflexions et d’exprimer des avis sur l’acquisition et le renouvellement des équipements «super calculateurs » nationaux, sur leur utilisation dans les meilleures conditions par toute la communauté scientifique, ainsi que sur la participation française aux coopérations internationales et européennes.

Deux des 4 axes 2011-2013 du département STIC de l’ANR sont plus particulièrement liés au calcul intensif :

• le développement des infrastructures de communication, de données et de calcul intensif, embrassant le « cloud computing », les composants/sous-systèmes équipant et faisant opérer ces infrastructures (Programme INFRA, Infrastructures matérielles et logicielles pour la société numérique),
• le développement d’un « double numérique » par la modélisation et la simulation du monde physique, des objets, des services et des interactions et comportements humains (modélisation, simulation, calcul intensif, production et traitements de données massives ou complexes, réalité virtuelle et visualisation) (Programme MN,  Modèles Numériques).

Depuis 1983, l’Union européenne apporte une soutien financier aux activités de recherche et développement technologique des Etats membres à travers les PCRD (programme-cadre de recherche et développement) successifs. Les PCRD s’adressent aux entreprises (petites et grandes), aux universités, aux organismes de recherche, etc. Les technologies de l’information et de communication ont toujours eu une place importante dans ces programmes. Le calcul et les réseaux haute performance font clairement partie des actions de R&D soutenues depuis plus de 15 ans : ordinateurs, réseaux, “cloud computing”, applications (modélisation, simulation, etc).

Le 7ème programme-cadre (FP7) couvrait la période 2007-2013 avec un financement de plus de 50 milliards d’euros. Il a, en particulier, permis d’apporter des financements significatifs pour le montage de l’infrastructure de superordinateurs PRACE.

Le programme Horizon 2020 a pris la suite du FP7. Il regroupe les actuels programmes de financement européens : PCRD, Programme-Cadre pour la Compétitivité et l’Innovation (CIP) et l’Institut Européen de l’Innovation et de la Technologie (EIT). Il couvre la période 2014-2020, avec un budget supérieur à 70 milliards d’euros. L’objectif général d’Horizon 2020 est poursuivi au moyen de trois priorités contenant chacune une série d’objectifs spécifiques.

1. Une science excellente, avec en particulier : l’ERC (European Research Council, qui soutient la recherche “aux frontières de la connaissance”) d’une part, les infrastructures de recherche d’autre part (en particulier dans le domaine du CHP), ainsi que la promotion des carrières de recherche (actions Marie Curie).
2. Des entreprises compétitives : soutien des “technologies clés génériques” (dont les technologies de l’information et de la communication) ainsi que des mesures spécifiques destinées aux PME.
3. Une meilleure société : six “défis de société” seront soutenus : santé, énergies propres, transports intelligents, lutte contre le changement climatique, etc.

Comme c’était le cas dans les PCRD précédents, des appels à propositions sont émis périodiquement, les projets devant être soumis, dans la plupart des cas, par des “consortiums” composés de partenaires d’au moins trois pays différents (Etats membres et Etats associés).

La mise en œuvre d’Horizon 2020 a commencé en janvier 2014.

L’Institut européen d’innovation et de technologie (EIT) est un organe indépendant créé en 2008 par l’Union européenne. Il vise spécifiquement l’intégration des trois pôles du « triangle de la connaissance » : l’éducation, la recherche et l’innovation.

Les communautés de la connaissance et de l’innovation (CCI ou KIC) constituent la composante opérationnelle du système IET. Ce sont des partenariats entre des universités, des organismes de recherche, des entreprises publiques ou privées, des institutions financières, des collectivités régionales et locales, etc. Leur financement est assuré par l’Union européenne (à travers Horizon 2020 à partir de 2014), les Etats associés à ces CCI, des collectivités territoriales et les partenaires eux-mêmes.

Trois premières CCI ont été créées, à la suite d’un appel à projets :

• « IET ICT Labs » pour construire « la future société de l’information et de la communication ». Le « Cloud computing » fait partie des lignes d’action de cette CCI.
• « Climate KIC » qui vise à accélérer et stimuler l’innovation pour la transformation de notre économie globale dans le domaine du changement climatique.
• « KIC InnoEnergy » qui a pour double mission de promouvoir l’innovation et de développer les formations orientées vers l’entreprenariat dans le domaine de l’énergie durable.

Lancé en 1985 à l’initiative de la France, le programme Eureka est une initiative intergouvernementale qui a pour objectif de faciliter la coopération européenne en matière de recherche technologique précompétitive. Eureka associe 39 pays (en 2013) et fait partie de “l’Espace européen de la recherche” sans être pour autant un programme communautaire.

Eureka soutient principalement deux types de projets :

• Des projets collaboratifs soumis dans le cadre d’un appel à propositions publié par l’un des “clusters Eureka” ; ITEA2 est un exemple de ces clusters de R&D, et il concerne le domaine des logiciels.
• Les projets Eurostars, destinés en priorité aux PME ayant une forte activité de R&D.

Le financement de chaque projet est assuré par les partenaires du projet et les gouvernements des pays dans lesquels sont situés ces partenaires. Pour la France, c’est le Ministère chargé de l’industrie qui est chargé de ce financement.

L’Union européenne a co-financé de nombreux projets concernant le calcul intensif, que ce soit au niveau des briques technologiques ou de son utilisation dans des domaines particuliers. En voici quelques exemples, cette liste étant loind d’être exhaustive.

• Les projets PRACE (Preparation et Implementation Phase) – 7ème PCRD
  http://www.prace-ri.eu/PRACE-Implementation-Phases?lang=en

• EESI et ESSI2 : CSA (Action de Concertation et de Support du 7ème PCRDT)
  http://www.eesi-project.eu/

• Exascale : fin 2010 la Commission européenne a lancé un premier appel à projets spécifiquement étiqueté Exascale dans le cadre du FP7 ; 3 projets ont été retenus pour  un financement total de 24 M€ (une suite de cet appel a été ouverte fin 2012)
  • MontBlanc
  • DEEP
  • CRESTA

L’Europe est un environnement favorable pour lancer de grandes initiatives dans le domaine du calcul intensif, dont l’ampleur et les financements ne sont pas à la portée d’un seul Etat. Si de nombreux projets ont été créés dans le cadre des programmes-cadres de R&D de l’Union européenne, il faut retenir deux initiatives dont l’ampleur est remarquable.

PRACE est une association de 26 états qui se sont engagés à construire une infrastructure de calcul de rang mondial. PRACE met ainsi une puissance de calcul de type ‘capability’ de plus de 15 Pétaflops à disposition des chercheurs académiques et pour faire de la recherche ouverte pour des utilisateurs industriels.

GENCI est le représentant français dans l’initiative européenne PRACE. L’engagement français dans PRACE s’est matérialisé par la mise à disposition du supercalculateur CURIE, dont la puissance a atteint plus de 2 Petaflops fin 2011 (contribuant ainsi aux 15 Petaflops européens) et dont l’exploitation est assurée par le CEA. PRACE dispose de cinq autres machines tier-0 financées par les trois autres pays hébergeurs de PRACE : JUQUEEN au FJZ/JSC, SUPERMUC au LRZ et HERMIT au HLRS en Allemagne, FERMI à CINECA en Italie, MARENOSTRUM à BSC en Espagne.

Fin 2012, 4,2 milliards d’heures de calcul avaient été allouées aux chercheurs européens répondant ainsi au mieux aux besoins des communautés scientifiques utilisatrices avec une demande 2,3 fois supérieure à l’offre de PRACE.

GENCI assure la Présidence de PRACE depuis juin 2012 et pour un mandat de 2 ans.

PRACE s’appuie sur des projets dits “Implementation Phase” 1, 2, 3, co-financés par le 7ème PCRD. Ces projets complètent les services offerts par les centres de calcul : support aux utilisateurs, optimisation de codes, formations au HPC (PATC), veille technologique, programme d’accès au HPC pour les PME…

PRACE ouvre un appel à projets dit “Regular” pour allocation des ressources tier-0 tous les 6 mois. Un système de « Preparatory Access » permet, tous les trois mois, d’obtenir des projets plus courts ayant vocation de test et optimisation avant soumission à grande échelle.

Enfin PRACE comporte aussi un volet tier-1, le programme DECI (qui continue ce que faisait précédemment DEISA), un guichet d’accès unique à un ensemble de machines européennes complémentaires aux tier-0, pour des projets à moindre échelle.

Les premières plates-formes technologiques européennes (PTE ; en anglais European Technology Platform ou ETP) ont été lancées dans le cadre du 6ème programme-cadre de R&D et ont pris une importance croissante dans le 7ème programme-cadre.

Une PTE est par essence pilotée par des industriels. Des entités se regroupent pour définir un agenda de recherche autour d’un certain nombre de défis stratégiques sur un thème où la réalisation de la future croissance de l’Europe dépend de recherches de grande ampleur et de progrès technologiques à moyen et long terme (20 à 25 ans). Une plate-forme doit correspondre à une vision partagée par tous les contributeurs (industrie, autorités publiques, communauté scientifique, organismes de régulation, société civile, opérateurs, utilisateurs).

Concernant le HPC, l’Europe possède l’ensemble des expertises et compétences nécessaires pour concevoir et développer des supercalculateurs, ainsi que des logiciels au meilleur niveau mondial. Il est donc possible de mettre en place sur notre continent tout un écosystème autour des technologies HPC extrêmement compétitif et pérenne. Le but principal d’ETP4HPC est donc d’agir pour que soient développées en Europe les technologies nécessaires au HPC, des composants matériels aux logiciels, et de stimuler le développement des services, dont l’accès à des ressources de calcul, l’optimisation des codes de calcul, etc. C’est la réponse des fournisseurs de technologie aux attentes et aux ambitions de la Commission européenne (Europe’s place in a Global Race).

La Plate-forme Technologique Européenne ETP4HPC a été fondée mi 2012 par des industriels du calcul haute performance (HPC) présents en Europe, Allinea, ARM, Bull,  Eurotech, IBM, Intel, Partec, STMicroelectronics et Xyratex, associés à des centres de calcul et organismes de recherche – BSC, CEA, CINECA, Fraunhofer, Forschungszentrum Jülich et LRZ. Elle comporte désormais plus de 30 membres et continue à en recruter.

Le Strategic Research Agenda d’ETP4HPC met l’accent sur 6 grands thèmes de recherche alignés selon 4 axes (sous-systèmes matériels et logiciels du HPC, passage à l’échelle extrême, nouveaux usages, généralisation des usages), et sur l’importance d’actions générales pour renforcer l’écosystème, pouvant impliquer d’autres acteurs (enseignement et formation, développement du secteur des services en HPC, action avec et en faveur des PME).

ETP4HPC dialogue avec PRACE pour proposer à la Commission une vision commune et globale de manière à placer de façon visible et soutenue financièrement le HPC dans le programme Horizon 2020 (à partir de 2014).

Quelques pointeurs sur les sites d’agences ou de programmes HPC dans d’autres pays.

Etats-Unis

• DoE :  Office of Science (Agence fédérale de financement dans les domaines énergie et physique, et d’infrastructures incluant des grands centres de calcul) : Advanced Scientific Computing Research (ASCR); National Nuclear Security Administration (NNSA) : programme FastForward; INCITE

• NSF :  XSEDE

Japon

• RIKEN
• TiTech: Tokyo Institute of Technology

Quelques pointeurs sur des données économiques sur le HPC

• Intersec360
• IDC