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Numéro spécial HPC


Monte Rosa au CSCS – Des nouveaux sommets pour le Calcul Haute Performance en Suisse

Une présentation du plus puissant supercalculateur Suisse et de la stratégie nationale HPC




Michele DE LORENZI


Le 18 septembre dernier le CSCS (Swiss National Supercomputing Centre) a officiellement inauguré Monte Rosa, le nouveau supercalculateur qui a été mis à disposition des chercheurs et de l’industrie Suisse. Avec Monte Rosa la puissance de calcul du CSCS a augmenté d’un facteur huit et va encore augmenter de 50% avant la fin de l’année. La Suisse se positionne ainsi à la quatrième place en Europe et à la 23ème au niveau mondial. Ces développements font partie de la stratégie nationale pour le calcul à haute performance qui est en train d’être définie et implémentée.

Les 14’762 processeurs du nouveau supercalculateur du CSCS sont capables de calculer 141 billions d’opérations arithmétiques par seconde (TéraFLOPS). Cette énorme puissance est nécessaire pour calculer les modèles de haute complexité dans les domaines tels que la recherche climatique, la médecine, la biologie, la chimie, la physique et les sciences des matériaux. La capacité d’effectuer de telles simulations représente un avantage compétitif stratégique pour la recherche suisse ainsi que pour son économie. C’est pour cette raison que le Conseil Fédéral a décidé d’augmenter les capacités du CSCS dans le cadre de la deuxième phase de mesures de stabilisation conjoncturelle. La nouvelle puissance de calcul est mise à disposition de la recherche académique, mais aussi privée dans le cadre de collaborations avec l’industrie.

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Monte Rosa comme se présente une fois terminé l’assemblage. Sur la droite on voit les deux racks ou la chaleur est échangée entre le réseau de refroidissement à gaz fréon et l’eau de refroidissement

Mémoire équivalente à 30’000 ordinateurs portables

Le nouveau supercalculateur Monte Rosa appartient à la dernière génération de la série d’installations du type Cray XT au CSCS. Cette gamme de fabrication associe des processeurs très puissants (de type AMD Opteron) couplés à un réseau de communication spécialement développé pour le calcul haute performance massivement parallèle. La machine comprend une mémoire principale de 29.5 Térabytes, ce qui correspond environ à la mémoire de 30’000 ordinateurs portables. Un stockage sur disque d’une capacité de 290 Térabytes archive les données produites par cette énorme puissance de calcul.
Bien que Monte Rosa soit environ dix fois plus puissant que son prédécesseur, sa surface au sol n’est guère plus grande. La forte concentration de puissance de calcul requiert une adaptation des concepts classiques de refroidissement. Le système de refroidissement à eau utilisé est nettement plus efficace et donc plus écologique que le système à air utilisé par le modèle précédent.

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L’un des 20 racks de Monte Rosa est en train d’être assemblé. Le chapeau est utilisé pour refroidir l’air qui circule du bas vers le haut dans le rack (40 kW de production thermique par rack)

Installé en un temps record

Suite à la décision du Conseil Fédéral en mars, la machine fut installée en un temps record en mai et ouverte aux utilisateurs le 1er juillet. À peine trois jours plus tard, la machine était exploitée à pleine capacité. Ceci n’est guère surprenant vu la croissance continue des besoins en temps de calcul des universités. La future mise à jour du Cray XT5 avec des processeurs d’une nouvelle génération permettra d’augmenter la puissance de calcul pour atteindre 212 TéraFLOPS avec 22’128 processeurs avant la fin de l’année.
Dans le classement des 500 supercalculateurs les plus rapides au monde, Monte Rosa détient la 4ème place en Europe et le 23ème rang mondial. Le CSCS a fêté cette importante progression en présence de personnalités du monde scientifique et politique le 18 septembre 2009, à son siège de Manno, à proximité de Lugano.
Pour se faire une idée de la vitesse d’évolution de ces matériels, il suffit d’observer le Blue Gene de l’EFPL : classé 9èmeau Top500 en juin 2005, il a été repoussé à la 395ème place le 19 juin 2009.

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La puissance par la mise en réseau des machines. Le système haute performance du centre suisse de Calcul Haute Performance, le CSCS de Manno (TI), est formé de supercalculateurs, de machines dédiées à la visualisation, de systèmes de stockage (sur disques et bandes magnétiques) et de divers réseaux. Les liaisons réseau avec les hautes écoles suisses et les établissements de recherche empruntent le réseau national de l’opérateur SWITCH.


Utiliser les ressources du CSCS

Actuellement les ressources du CSCS sont utilisées dans le cadre de 50 projets par environ 200 utilisateurs. Une liste actualisée des utilisateurs est publiée sur les pages web du CSCS.

Projets de production

Pour l’année 2010 le CSCS met à disposition des utilisateurs environ 150 million d’heures de CPU sur ses systèmes HPC pour des projets de production. L’allocation pour 2010 démarrera le 1er avril 2010 pour une durée de 12 mois.
Les formulaires pour la soumission des projets sont disponibles sur le site Web du CSCS à l’adresse www.cscs.ch/submission1.0.html :

  • 23 novembre 2009 : dernier délai pour soumettre des projets,
  • 26 février 2010 : décision de l’allocation.

Projets de préparation

Les projets de préparation sont pensés pour les nouveaux utilisateurs du CSCS et leur permettre de porter et tester leur codes avant de somettre un projet de production. Ces projets consistent dans un nombre limité d’heures (12’000) de calcul pendant une période de 3 mois qui peut être prolongée par d’autres de 3 mois.



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Le derrière de deux racks de Monte Rosa. Les tuyaux qui descendent du haut sont pour le refroidissement avec le fréon. Le câbles noirs horizontaux relient les cartes de calcul du superordinateur en formant l’interconnect.

Un réseau suisse de grande puissance fondé sur un supercalculateur de la classe PétaFLOPS installé dans un bâtiment neuf

La recherche de pointe suisse et le pouvoir d’attraction du pays en termes de réflexion scientifique et de recherche requièrent impérativement des systèmes de calcul de grande puissance, compte tenu du nombre de spécialistes des sciences naturelles et des sciences de l’ingénieur travaillant sur le territoire national. Le Conseil des EPF a donc préparé en juillet 2007, à la demande du SER (Secrétariat d’État à l’éducation et à la recherche), le HPCN (Plan stratégique national pour le Calcul Haute Performance et sa mise en réseau). Le Conseil fédéral a décidé au printemps 2009 que la stratégie HPCN devait être mise en oeuvre. Le plan vise à ce que la Suisse investisse constamment ces prochaines années dans la création d’un système national de supercalculateurs de la classe PétaFLOPS au centre national suisse de Calcul Haute Performance, le CSCS, et à ce que se mette simultanément en place un réseau national de compétences en Calcul Haute Performance englobant le CSCS et les hautes écoles.
La stratégie pour le Calcul Haute Performance et sa mise en réseau (HPCN) s’aligne sur les tendances internationales et reflète les besoins nationaux de la Suisse. Elle repose sur une large assise institutionnelle : le Conseil des EPF, l’ETH Zürich, l’Università della Svizzera italiana (USI), la Conférence universitaire suisse (CUS), le canton du Tessin et la ville de Lugano lui apportent leur soutien financier, en matériel et en compétences. HPCN comporte trois volets.

Financement national du calcul de grande puissance
Recherche de pointe et compétitivité internationales
Superordinateur
Système de la classe PétaFLOPS
Bâtiment neuf
Durabilité
Souplessebr>Architecture
Compétences
Logiciels
Formation
Réseau

Les trois volets de la stratégie HPCN. La stratégie pour le Calcul Haute Performance et sa mise en réseau prévoit un supercalculateur de la classe PétaFLOPS, un bâtiment neuf et la création d’un réseau de compétences en calcul scientifique. Sa mise en oeuvre renforce la recherche de pointe et la compétitivité de la Suisse
  1. En 2012, le CSCS commencera l’exploitation au Tessin d’un supercalculateur dont la puissance se situera dans la classe PétaFLOPS. Le centre deviendra un nouveau centre de compétences national en Calcul Haute Performance au service de l’économie, de la science et de la société, et exercera une action de coordination des supercalculateurs sur le réseau national. Cette machine pourra être utilisée par toutes les hautes écoles universitaires et spécialisées de Suisse ; outre la recherche de pointe, elle répondra en particulier aux besoins de l’enseignement et du transfert de savoir vers le secteur privé.
  2. Le bâtiment actuel du CSCS à Manno ne répond plus aux exigences techniques d’un supercalculateur de la classe envisagée. Le futur système devra donc être installé dans un bâtiment neuf à Lugano-Cornaredo pour 2012 ; d’une architecture souple, il réduira les coûts d’exploitation tout en garantissant un fonctionnement optimal et en se conformant aux principes du développement durable au niveau de l’exploitation et de l’alimentation électrique des locaux et de la machine. Le refroidissement, en particulier, aura recours à l’eau du lac, solution nettement moins polluante, car moins consommatrice d’énergie et plus économique que le refroidissement conventionnel par air.
  3. Le troisième volet de la stratégie HPCN vise à la mise en place des compétences spécifiquement nécessaires aux scientifiques des hautes écoles pour utiliser le système. La Conférence universitaire suisse a approuvé au mois d’avril 2009 le projet HP2C (Swiss Platform for High Performance and High Productivity Computing), qui affecte 14,4 millions CHF pour le développement des applications scientifiques et des logiciels système de classe PétaFLOPS. Les chefs de file du projet sont l’ETH Zürich, l’Università della Svizzera italiana (USI) et l’EPF de Lausanne. Par ailleurs, cette plate-forme lance la mise en réseau à terme du CSCS avec les hautes écoles universitaires et spécialisées.
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Le dernier rack est assemblé par les techniciens de Cray. Peu à peu l’image du massif du Monte Rosa (vu du Tessin vers le Valais) prend forme dans la salle machines du CSCS.


Pour aller plus loin...

  1. Plan national suisse pour le Calcul Haute Performance et sa mise en réseau (SNSP-HPCN) 2008-2011, rapport final du Conseil des EPF du 4 juillet 2007, www.ethrat.ch/download/Strat....
  2. Site Web des 500 ordinateurs les plus puissants du monde, avec des articles sur l’actualité et l’évolution de l’informatique de grande puissance : www.top500.org/.
  3. Site Web de l’ initiative HP2C High-Performance and High-Productivity Computing : www.hp2c.ch.


Le Conseil fédéral et le Conseil des EPF misent sur la stratégie HPCN

Le déploiement de la stratégie HPCN (High Perfrance Computing and Networking) coûtera au total 172,5 millions CHF. Le Conseil fédéral a demandé au Parlement fédéral une première tranche de 72 millions CHF pour la période en cours (2008-2011). Cette tranche est consacrée à l’encouragement de la formation, de la recherche et de l’innovation (FRI). Ce montage financier n’exige pas de moyens supplémentaires au-delà des ressources déjà allouées par le Parlement pour l’actuelle période FRI. Il est rendu possible par le fait que le Conseil des EPF, l’ETH Zürich et la CUS affectent une partie de leurs budgets respectifs à la stratégie HPCN et lui apportent leurs compétences, à côté des autres partenaires. La répartition du coût restant du déploiement de la stratégie HPCN (64,5 millions CHF) doit être donnée dans les messages FRI 2012 et 2013-2016.
Le Domaine des EPF, et en particulier l’ETH Zürich, assument le coût opérationnel du centre de Calcul Haute Performance.



Monte Rosa en chiffres

Depuis mai 2009 : 141 TéraFLOPS, 14’752 cores, processeur AMD Shanghai Quad Core 2.4 GHz, 28.8 TB de mémoire vive
Dès fin octobre 2009 : environ 212 teraflop/s, 22’128 cores, processeur AMD Istanbul Hexa-Core 2.4 GHz, 28.8 TB de mémoire vive

  • 20 racks de calcul, 5 racks d’archive (640 disques durs pour un total de 290 Térabytes)
  • Poids total de 30 tonnes
  • 60 m3 d’eau par heure pour le refroidissement
  • 600 kW de consommation électrique pour l’unité de calcul plus 200 kW pour le refroidissement.





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