L’ONERA prépare ses codes aérodynamique et énergétique aux supercalculateurs de demain

Guillaume Barrat, Responsable des ventes pour l'Europe du sud de Nvidia

et Jean-Marie Le Gouez, ONERA

Le forum Teratec 2015, rendez-vous des experts internationaux de la conception et de la simulation numérique haute performance s’est déroulé les 23 et 24 juin derniers à l’Ecole Polytechnique. A cette occasion, Nvidia et Atos / Bull ont annoncé les résultats de leur appel à projet pour l’identification des logiciels de mécanique des fluides les plus avancés dans la programmation destinée aux clusters d’accélérateurs GPU/Tesla. L’ONERA a vu son projet NextFlow-GPU sélectionné avec ceux de Dassault et du Coria (labo mixte CNRS Insa Rouen). A ce titre, les trois entités se verront attribuer des journées de conseil par les experts en programmation HPC (Calcul Haute Performance) des deux constructeurs.

Qu’est-ce que le calcul GPU ?

Le calcul par GPU (graphic processing unit) consiste à utiliser le processeur graphique (GPU) en parallèle du CPU (central processing unit) pour accélérer les applications professionnelles notamment scientifiques et d’ingénierie. Depuis 2007, les accélérateurs GPU Nvidia se sont imposés peu à peu comme un standard de l'industrie. Dans le monde entier, la plupart des centres de données à basse consommation y ont recours, aussi bien dans les laboratoires gouvernementaux et universitaires que dans les petites et moyennes entreprises. Les GPU Nvidia accélèrent une multitude d'applications sur des supports aussi variés que les smartphones, les tablettes, les automobiles, les drones et les systèmes robotisés. 3 parmi les 10 plus puissants ordinateurs du monde utilisent les accélérateurs Nvidia Tesla.

Passer au calcul exaflopique

C’est un véritable enjeu : La communauté scientifique et l’industrie aéronautique souhaitent passer d’ici une dizaine d’années aux grands calculateurs exaflopiques, c’est-à-dire, capables de traiter un milliard de milliards d’opérations à la seconde, tout en étant 10 fois moins gourmands en énergie par opération que les calculateurs d’aujourd’hui.

Le projet NextFlow-GPU, installé sur le calculateur ROMEO de l’université de Reims qui dispose de 260 accélérateurs Tesla, permet à l’ONERA de vérifier la capacité de ses algorithmes à s’approcher de la puissance crête de ces accélérateurs GPU. Il a pour objet la réalisation de tests de scalabilité multi-nœuds, c’est-à-dire que l’on va évaluer l’efficacité relative d’un algorithme sur 128 accélérateurs GPU, soit sur 256000 cœurs de calcul, sachant que la programmation parallèle classique sur CPU vise à répartir la charge de calcul sur quelques milliers de cœurs, à travers des méthodes de partitionnement géométrique du domaine de calcul. L’efficacité recherchée s’obtient généralement sur ces architectures Hardware classiques avec un optimum d’environ 8000 à 10000 cœurs CPU, et des techniques de programmation très différentes doivent être sélectionnées sur GPU.

En effet, les calculateurs de demain posséderont plusieurs dizaines de millions de  cœurs de calcul, ce qui signifie pour l’ONERA l’obligation d’adapter les algorithmes de ses grands codes d’aérodynamique et d’énergétique comme elsA ou Cedre aux architectures hardware dites hétérogènes, une des options étant de procéder à une réingénierie profonde de ces programmes. C’est le cœur de la stratégie mise en place par l’ONERA, pour d’une part acquérir une maîtrise de nouveaux schémas numériques et d’autre part tester, avec de nouveaux prototypes, l’efficacité parallèle pour des calculateurs à un million de cœurs de calcul.