Depuis 2007, l’Université de Luxembourg met à disposition de ses chercheurs, PhD’s, enseignants, étudiants,… un environnement de High Performance Computing, un HPC. Aujourd’hui, les nouveaux besoins de traitement d’algorithmes complexes, de traitement de données volumineuses et de transfert du savoir encouragent le Grand-Duché à aller en avant avec le HPC.

Les supercalculateurs répartis dans le monde illustrent très certainement la capacité d’innovation des grandes puissances du globe de 2013. Ces monstres d’ I/O, de volumétries de données incroyables et de capacités de communication monstrueuses, sont issus d’années de réflexion sur l’approche des besoins en supercalcul et largement vitaminés par la diffusion et l’action des services de cloud.

En juin dernier, la Chine a, pour la première fois, ravi le titre de champion HPC aux Etats-Unis avec son nouveau Tianhe-2 avec ses 33,86 pétaflops de puissance de calcul propulsés par quelques 3,12 millions de cœurs de processeurs. Elle repousse ainsi le système Cray Titan d’Oak Ridge et ses 17,59 pétaflops. Mille fois plus puissant que celui de l’université luxembourgeoise…

Luxembourg, pétaflops

A l’Université de Luxembourg, un centre de supercalcul a été installé au cours de ses six dernières années. Après un premier environnement en cluster de 32 nœuds en 2007, fruit d’une initiative départementale de la Computer Unit de l’UNI, puis porté plus tard au rang d’élément stratégique par la Faculté, le HPC@UNI est désormais un pilier de l’approche du savoir de toute l’Université.

« Nous avons bâti un environnement unique à Luxembourg et dans la région en matière de HPC. En effet, nous avons inscrit les trois couches – calcul, stockage et communication – dans notre approche », dit le Professeur Pascal Bouvry, Head of the Computer Science Research Unit de l’Université de Luxembourg. Cette installation unique dans le pays (l’une des deux plus importantes avec celle de Good-Year) permet de coupler puissance de traitement avec capacité de gestion de grosses données.

Biomédecine et dynamique des fluides

« Nous travaillons principalement pour le Luxembourg Centre for Systems Biomedicine de Esch-sur-Alzette, et le Prof. Dr. Rudi Balling, Directeur du LCSB. Leur problématique principale se trouve dans la compréhension du génome humain. Un seul génome représente 200 Giga de données et là où il y a quelques années, on dressait une analyse sur une famille complète, on envisage aujourd’hui une analyse sur toute une population. Imaginez la quantité de données et la complexité des algorithmes. »

C’est donc le fait distinctif de HPC@UNI : absorber une grande quantité de données (ex : microscopes à haute définition et en 3D) et la reporter dans une analyse complexe (ex : modélisation). Pour les besoins de l’unité Ingénierie du Prof. Dr.-Ing. Bernhard Peters, dont les sujets de recherche visent principalement à la dynamique des fluides, à la thermodynamique et combustion, et à la science des matériaux,… le supercomputer de l’Université est un atout de poids. « Pour créer la nouvelle génération de pneumatiques, pour les besoins d’industries telles Good-Year, de l’industrie automobile comme Delphi ou IEE, un environnement HPC est essentiel », dit Pascal Bouvry.

HPC made in Luxembourg

D’où l’idée, autour du Ministère de l’Economie, de mettre en place une plateforme de supercomputing pour traiter des besoins de recherche académique ou appliquée dans le tissu des entreprises grand-ducales et ailleurs. « Un groupe de travail a été formé au sein du Ministère de l’Economie pour valider une extension du programme d’HPC luxembourgeois. » Avec ses deux centres de calcul répartis au Kirchberg et dans le bâtiment du LSCB de Belval, le High-Performance Computer de l’Université va vite être à pleine charge. Dès lors, dès 2016 dans les murs de la future Maison du Nombre de l’Uni à Esch-sur-Alzette, un centre de données ultramoderne accueillera pour moitié le HPC@UNI. Avec cinq salles de 100 m2, dont deux pour le calcul et trois pour le stockage, cet environnement rendra le concept de supercalculateur mutualisé encore plus attractif.

« Nous avons obtenu le budget pour l’installation de ces nouvelles salles, mais le chantier Belval, qui est l’élément fédérateur de la stratégie du futur pour l’Université reste complexe. En attendant 2016, nous devrons peut-être externaliser une partie de notre supercomputing aux acteurs du marché du centre de données luxembourgeois. »

HPC, le sommet de la nouvelle place ICT luxembourgeoise

Mais il ne faut se tromper : une plateforme HCP est bien différente d’un datacenter traditionnel ou d’une masse de calcul ou d’espace dans le cloud. Car dans ses applications, le HPC a fort à faire avec la performance brute et la qualité des éléments de communication. « Nous avons, par le passé, imaginé des scénarios différents. Et aujourd’hui, pour s’assurer d’une faisabilité technique dans le Cloud, sur les niveaux de latence et de bande passante, en tout premier lieu, le nuage n’est pas encore prêt. En outre, en analysant le coût d’un HPC local avec une instance de type Amazon, nous arrivons à un investissement et amortissement à moitié prix. »

L’enjeu est là : après avoir réussi avec brio le positionnement de Luxembourg sur la cartographie de la connectivité et du haut-débit au sein du Golden Ring (Amsterdam, Frankfort, Paris) et au cœur de l’Europe, après avoir stimulé l’offre de très haut niveau en matière de centre de données, le Grand-Duché peut tenter une nouvelle dimension avec un HPC régional unique, en avance déjà sur les cités liégeoise, messine ou nancéenne, par exemple. « Avec un péta de capacité de stockage et 27 téraflops de puissance de calcul, HPC@UNI possède déjà une longueur d’avance sur ses voisins », dit Pascal Bouvry. Et porter à l’horizon Belval, le supercalculateur à 100 téraflops et 10 pétabytes équivaudrait à offrir un rayonnement exceptionnel.

Et le financement devra suivre. Avec un bon million d’euros au pétabyte, l’investissement pour la salle, le projet de supercalulateur a un coût. Mais un coût justifié ou justifiable pour porter le pays, son université et l’écosystème d’entreprises innovantes encore plus loin. C’est aussi offrir un accès à un monstre ICT à un tissu de PME, qui ne possèdent ni moyens, ni protection juridique,… pour accueillir un HPC à la demande. « Nous avons visité un supercalculateur à Stuttgart qui propose un modèle original, qui nous a séduit. Il est épaulé par une société de services constituée d’un écosystème d’entreprises telles Daimler, Porsche, Karsher,… pour exploiter 10% de la plateforme HPC alors que 90% est maintenu aux conditions et usages de la recherche. » Car un HPC, ce n’est pas une calculette solaire. « Un environnement HPC nécessite des compétences et une expertise de pointe à tous les étages des composants, de son management mais également au regard de la manipulation des algorithmes de recherche. Ce sont des qualités que l’Université de Luxembourg peut offir. »

Depuis 2007, l’Uni a investit environ un million par an dans son cluster HPC. Elle a bâti un environnement ouvert et y installé tout un stack, libre, de solutions de connexion, de parallélisme des flux, de schedulling, d’user management, etc… Avec son PhD Sébastien Varrette, l’Université a adopté la famille des bons usages de Grid5000, une approche éprouvée et robuste pour environnement de supercalcul. « Mais nous avons aussi la liberté de déployer des outils ou des licences spécifiques, comme certains logiciels très particuliers à la demande. Nous avons construit cette plateforme comme un véritable Hardware-as-a-Service, qui permet d’exposer la puissance des composants sans avoir à traiter avec un hyperviseur ou un système. » C’est le point fort de la démarche. En bâtissant une structure Infiniband, le HPC libère la toute puissance du nœud. Un atout face au cloud, qui doit user et même abuser de la virtualisation, élément d’abstraction certes, mais aussi frein à la performance pure des composants hardware.