Qu'est-ce que le superinformatique ?
La superinformatique consiste à utiliser d'énormes ressources du processeur et un réseau à haut débit pour le traitement de données complexes à grande échelle. Certains cas d'utilisation, tels que les simulations géoscientifiques ou l'analyse de l'ADN, nécessitent le traitement simultané de milliards, voire de billions de points de données dans un court laps de temps. La technologie des superordinateurs est une forme de calcul haute performance qui utilise des centaines, voire des milliers de nœuds qui travaillent en parallèle pour résoudre ensemble des problèmes complexes. Les nœuds de superinformatique sont hautement optimisés grâce à des accélérateurs matériels qui effectuent des calculs, échangent et intègrent des données à des vitesses inaccessibles par des machines ordinaires.
Quels sont les cas d'utilisation de superinformatique ?
Les superordinateurs ont un large éventail d'applications. Bien qu'il ne s'agisse pas d'une liste exhaustive, voici une sélection d'exemples illustrant la manière dont les entreprises utilisent les superordinateurs.
Dynamique des fluides numérique
La dynamique des fluides numérique (CFD) est le processus qui consiste à utiliser une modélisation mathématique complexe pour suivre le transfert de chaleur, le mouvement des fluides, la quantité de mouvement et d'autres processus connexes. La CFD repose sur la production rapide de simulations complètes que la superinformatique excelle à créer. Par exemple, la Formule 1 utilise la technologie informatique de dynamique des fluides pour tester les propriétés aérodynamiques des voitures. À l'aide de superordinateurs, ils peuvent simuler différents détails lors de la conception de leurs véhicules, réduisant ainsi les délais de commercialisation et augmentant l'efficacité.
Recherche en génomique
La puissance de traitement avancée des superordinateurs est utile pour étudier la structure, la fonction et la carte très complexes des génomes. Les quadrillions d'opérations en virgule flottante par seconde qu'offrent les superordinateurs permettent aux chercheurs de mener des recherches génomiques à grande échelle. À titre d'exemple concret, la National Library of Medicine utilise de puissants superordinateurs pour produire la Sequence Read Archive (SRA). La SRA dispose des résultats de séquençage de plus de neuf millions d'expériences et permet aux bioinformaticiens d'analyser son contenu de manière exhaustive.
Jeu
Les ingénieurs de jeu doivent s'assurer que les joueurs peuvent accéder à leurs jeux sans perte de paquets, sans congestion ou perte d'images. La superinformatique permet aux développeurs d'améliorer les graphismes, de simuler la physique et de rendre des paramètres réalistes. Les multiples processeurs du cloud computing permettent de traiter les données et d'offrir des performances élevées aux joueurs et aux développeurs. Par exemple, NICE DCV fournit des postes de travail distants et le streaming d'applications sur n'importe quel appareil via le cloud. Ce support élimine le besoin de postes de travail dédiés coûteux. En utilisant ces superordinateurs, les développeurs peuvent atteindre des performances élevées tout en optimisant les coûts.
Recherche médicale
La recherche médicale est la recherche, le développement et la production de nouveaux produits pharmaceutiques et chimiques. Les ressources des superordinateurs fournissent aux chercheurs la puissance de traitement nécessaire pour étudier des milliards de points de données à la fois. Les superordinateurs modernes sont utiles partout, de la modélisation moléculaire à la production de nouveaux matériaux pour la santé humaine.
Good Chemistry est un exemple de superinformatique en action. Cette entreprise innovante vise à créer un monde plus durable en résolvant des problèmes complexes liés aux sciences des matériaux. Elle utilise des superordinateurs pour simuler le développement de nouvelles méthodes de rupture des liaisons chimiques entre les substances pré- et poly-fluoroalkyles, qui sont nocives pour la santé humaine.
Quels sont les avantages de la superinformatique ?
Les superordinateurs peuvent mettre en commun leurs ressources pour effectuer des quadrillions d'opérations en virgule flottante par seconde. Les organisations utilisent cette technologie de calcul intensif à hautes performances pour bénéficier des avantages suivants.
Accélérer la mise sur le marché
Les superordinateurs permettent le prototypage numérique de nouveaux produits complexes, améliorant ainsi l'efficacité et accélérant les délais de mise sur le marché dans des secteurs tels que la pharmacie, la recherche géothermique et d'autres domaines mathématiques. Il utilise le traitement parallèle pour réduire de manière significative le temps nécessaire à la réalisation de calculs complexes et de simulations physiques. Les calculs qui prennent généralement des semaines sont effectués en une fraction de ce temps. Vous pouvez accélérer les étapes de recherche et de développement en accélérant les simulations.
Adoptez l'IA/ML
Les technologies d’intelligence artificielle (IA) et de machine learning (ML) nécessitent une puissance de calcul massive pour traiter de grandes quantités de données. Vous pouvez utiliser les superordinateurs pour traiter de gros volumes de données, tels que des milliards de points de données par seconde, afin de fournir un haut niveau d'informations sur de vastes jeux de données. Les superordinateurs alimentent l'IA et le ML, ce qui permet à ces technologies de fonctionner à grande échelle.
Analyses de big data
Les superordinateurs peuvent analyser des milliards de points de données en une fraction du temps habituellement nécessaire. Vous pouvez analyser des jeux de données volumineux et effectuer des opérations de reconnaissance de formes, d'extraction de données, d'analyse et d'autres opérations d'analyse de données. La superinformatique permet de rationaliser l'analyse des big data dans les secteurs où le traitement parallèle de millions de données à la fois est vital, comme la finance, la recherche scientifique et la médecine.
Des performances plus rapides
Les superordinateurs classiques sont beaucoup plus rapides que les ordinateurs classiques, car les ressources informatiques peuvent provenir de milliers de processeurs parallèles. Les superordinateurs sont un outil indispensable : leurs performances supérieures se prêtent à l'augmentation de la vitesse de tout processus informatique.
Comment fonctionne la superinformatique ?
La superinformatique utilise des clusters de nœuds informatiques répartis sur un réseau connecté. Chaque nœud exécute un sous-ensemble de la même tâche afin de calculer ensemble un résultat final complexe. Un cluster informatique à hautes performances est composé de centaines, voire de milliers de nœuds informatiques, chaque nœud contenant environ huit à 128 processeurs. L'intergiciel Grid connecte ensuite ces ressources informatiques à des applications de haut niveau qui demandent la puissance de traitement requise.
Nœuds
Trois types de nœuds facilitent le fonctionnement de la plupart des superordinateurs :
Nœud utilisateur
Le nœud utilisateur demande des ressources à la grille informatique. Une fois qu'un utilisateur final fait cette demande, il passe par l'intergiciel et notifie tous les nœuds du système informatique en réseau.
Nœud fournisseur
Un nœud fournisseur fournit des ressources à la grille informatique. Lorsqu'ils reçoivent une nouvelle demande, ils commencent à exécuter la tâche. De nombreux nœuds fournisseurs permettent le multitraitement symétrique avec une capacité élevée d'opérations par seconde. L'intergiciel collecte et renvoie les résultats.
Nœud de contrôle
Le nœud de contrôle agit en tant qu'administrateur et gère l'allocation de toutes les ressources du nœud fournisseur. L'intergiciel de communication s'exécute sur le nœud de contrôle et distribue les tâches à des fournisseurs spécifiques.
Quels sont les composants d'un superordinateur ?
Un système de superinformatique est composé de plusieurs composants de base qui fonctionnent ensemble pour fournir des performances élevées. Vous trouverez ci-dessous une explication des principaux composants.
Interface réseau
La superinformatique utilise des interfaces réseau personnalisées qui vous permettent d'exécuter des applications avec une communication entre nœuds. Ces interfaces améliorent les performances de la communication inter-instances et permettent de mettre à l'échelle les charges de travail. Ces technologies utilisent une combinaison d'applications MPI (Message Passing Interface) et de ML pour fournir une élasticité à la demande.
Protocole d'affichage à distance
Les superordinateurs utilisent un protocole d'affichage à distance, ce qui permet aux clients d'accéder aux applications depuis les centres de données ou le cloud sur leurs appareils. Ce protocole vous permet d'exécuter des applications intensives à distance, en diffusant l'interface utilisateur vers des appareils plus simples. Ce composant élimine le besoin de postes de travail dédiés coûteux et permet des déploiements flexibles.
Outil de gestion du cluster
Les outils de gestion des clusters vous permettent de gérer et de déployer des clusters informatiques à haute performance. Cet outil implique une interface graphique simple qui vous donne accès aux ressources qui alimentent les réseaux de réseau. Vous pouvez utiliser un outil de gestion de clusters pour soumettre des requêtes, effectuer un traitement parallèle et gérer efficacement vos clusters de ressources.
Interface unifiée
Une interface unifiée vous permet d'utiliser des services natifs cloud en collaboration avec des clusters parallèles. Vous pouvez utiliser une interface unique pour soumettre des tâches à votre réseau de superordinateurs ou à votre infrastructure sur site. Une interface unifiée vous permet de suivre toutes vos ressources informatiques et d'optimiser les performances des applications.
Gestion du refroidissement et de l'alimentation
Les superordinateurs utilisent de puissants systèmes de refroidissement pour améliorer l'efficacité énergétique. Comme ces systèmes consomment beaucoup de puissance de calcul, ils ont besoin d'aide pour se refroidir afin de ne pas surchauffer. Les systèmes économes en énergie peuvent fournir des performances élevées tout en consommant moins de ressources.
Comment AWS peut-il vous aider à répondre à vos besoins en matière de superinformatique ?
AWS High-Performance Computing offre une mise en réseau rapide et une infrastructure pratiquement illimitée, ce qui vous permet d'exécuter des simulations complexes et des charges de travail de deep learning dans le cloud. AWS propose une suite complète de produits et services HPC pour vous fournir des informations plus rapides, une puissance de calcul accrue et une capacité de mise à l'échelle illimitée. Exemples :
- Amazon EC2 UltraClusters vous permet de passer à des milliers de GPU ou d'accélérateurs de machine learning, ce qui vous permet d'utiliser des superordinateurs à la demande.
- NICE DCV propose un protocole d'affichage à distance hautes performances avec une sécurité complète, des coûts optimisés et des déploiements flexibles sur des postes de travail distants.
- AWS ParallelCluster agit comme un outil de gestion de clusters open source, vous permettant de dimensionner automatiquement les ressources, d'effectuer une migration fluide vers le cloud et de gérer facilement l'infrastructure des clusters.
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