Technologie Incroyable: Comment Les Superordinateurs Résolvent-Ils Les Problèmes Géants?

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Des supercalculateurs comme le chinois tianhe-2 permettent aux scientifiques de tout faire, de la prévision météorologique à la modélisation du cerveau humain.

Note de la rédaction: Dans cette série hebdomadaire, WordsSideKick.com explore les effets de la technologie sur l'exploration et la découverte scientifiques. - Plus d’informations sur: //WordsSideKick.com/37671-how-to-do-brain-surgery.html#sthash.NIJ821It.dpuf

Note de l'éditeur: Dans cette série hebdomadaire, WordsSideKick.com explore l’incidence de la technologie sur l’exploration et la découverte scientifiques.

Les superordinateurs d’aujourd’hui sont des merveilles de puissance de calcul et sont utilisés pour résoudre certains des problèmes scientifiques les plus graves au monde.

Les modèles actuels sont des dizaines de milliers de fois plus rapides qu'un ordinateur de bureau moyen. Ils atteignent ces vitesses ultra-rapides via un traitement parallèle, dans lequel de nombreux processeurs informatiques effectuent des calculs simultanément. Les superordinateurs sont utilisés pour tout, de la prévision météorologique à la modélisation du cerveau humain.

Ce qui distingue les superordinateurs, c’est la taille et la difficulté des tâches qu’ils peuvent exécuter et résoudre, a déclaré Jack Wells, directeur des sciences à l’installation Oak Ridge Leadership Computing du laboratoire national Oak Ridge, dans le Tennessee. [9 utilisations super-cool pour les superordinateurs]

"Les supercalculateurs peuvent faire des problèmes super-dimensionnés", a déclaré Wells.

Les superordinateurs sont souvent construits à partir des mêmes composants que les ordinateurs classiques, mais ils sont intégrés pour pouvoir fonctionner ensemble, a déclaré Wells à WordsSideKick.com.

Les premiers supercalculateurs ont été développés dans les années 1960 et ont été conçus par l’ingénieur électricien Seymour Cray de Control Data Corporation (CDC). En 1964, la société a lancé le CDC 6600, souvent considéré comme le premier supercalculateur au monde. Cray créa plus tard sa propre compagnie, qui fabriqua le Cray-1 en 1976 et le Cray-2 en 1985.

Ces premiers supercalculateurs n’avaient que peu de processeurs, mais dans les années 90, les États-Unis et le Japon en fabriquaient avec des milliers de processeurs. La soufflerie numérique de Fujitsu est devenue le supercalculateur le plus rapide en 1994 avec 166 processeurs, suivie du Hitachi SR2201 en 1996 avec plus de 2 000 processeurs. L'Intel Paragon a pris l'avantage en 1993. En juin 2013, le chinois Tianhe-2 était le superordinateur le plus rapide au monde.

Les performances des superordinateurs sont mesurées en "flop", pour des opérations en virgule flottante par seconde. Les machines actuelles peuvent atteindre des vitesses de pétaflops - des quadrillions de flops.

Le TOP500 est un classement des 500 supercalculateurs les plus puissants du monde. Le Chinois Tianhe-2 réalise 33,86 pétaflops, tandis que le Cray Titan atteint 17,59 pétaflops et le Sequoia d’IBM occupe le troisième rang avec 17,17 pétaflops.

Résoudre des problèmes de taille supérieure

Les chercheurs ont exploité le pouvoir de calcul des superordinateurs pour traiter des problèmes complexes dans des domaines allant de l'astrophysique aux neurosciences.

Ces mastodontes informatiques ont été utilisés pour répondre à des questions sur la création de l'univers pendant le Big Bang. Des chercheurs du Texas Advanced Computing Center (TACC) ont simulé la formation des premières galaxies, et des scientifiques de la NASA Ames Research Center de Mountain View, en Californie, ont simulé la naissance d'étoiles. En utilisant des ordinateurs comme le Roadrunner d'IBM au Laboratoire national de Los Alamos, les physiciens ont sondé les mystères de la matière noire, substance mystérieuse qui constitue environ 25% de la masse de l'univers. [101 Images d'astronomie qui feront exploser votre esprit]

La prévision météorologique est un autre domaine qui repose fortement sur la superinformatique. Par exemple, les prévisionnistes ont utilisé le super-ordinateur Ranger de la TACC pour déterminer la trajectoire de l'ouragan Ike en 2008, améliorant de 15% les prévisions d'ouragan à cinq jours. Les climatologues utilisent des supercalculateurs pour modéliser le changement climatique mondial, une tâche difficile comportant des centaines de variables.

Les essais d’armes nucléaires sont interdits aux États-Unis depuis 1992, mais des simulations de superordinateurs garantissent que les armes nucléaires du pays restent sûres et fonctionnelles. Le supercalculateur Sequoia d’IBM du laboratoire national Lawrence Livermore en Californie est conçu pour remplacer les essais d’explosions nucléaires par des simulations améliorées.

Les neuroscientifiques ont de plus en plus porté leur attention sur la tâche ardue de la modélisation du cerveau humain. Le projet Blue Brain de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse, dirigé par Henry Markram, vise à créer un cerveau humain complet et virtuel. Les scientifiques du projet utilisent un supercalculateur IBM Blue Gene pour simuler les structures moléculaires de vrais cerveaux de mammifères. En 2006, Blue Brain a réussi à simuler une colonne complète de neurones dans le cerveau de rat.

Partage de la charge

Le superordinateur par excellence consiste généralement en de grands centres de données remplis de nombreuses machines physiquement liées. Mais l'informatique distribuée pourrait également être considérée comme une forme de superinformatique; il se compose de nombreux ordinateurs individuels connectés via un réseau (tel qu'Internet) qui consacre une partie de sa puissance de traitement à un problème de grande taille.

Un exemple bien connu est le projet SETI @ home (recherche d'intelligence extraterrestre à la maison), dans lequel des millions de personnes exécutent un programme sur leur ordinateur qui recherche des signes de vie intelligente dans les signaux radio. Un autre projet, «Folding at home», vise à prédire la structure 3D de protéines - les bêtes de somme biologiques qui effectuent des tâches vitales dans notre corps - à partir de la séquence de chaînes moléculaires à partir desquelles elles sont fabriquées.

À l’avenir, les superordinateurs deviendront des capacités "exascale", environ 50 fois plus rapides que les systèmes actuels, a déclaré Wells. Cela nécessitera une plus grande quantité d'énergie, de sorte que l'efficacité énergétique deviendra probablement un objectif important des systèmes futurs. Une autre tendance consistera à intégrer de grandes quantités de données pour des applications telles que la découverte de nouveaux matériaux et de biotechnologies, a déclaré Wells.

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