Qu’est-ce qu’un superordinateur ?

Le terme superordinateur, ou supercalculateur, est couramment appliqué aux systèmes à hautes performances les plus rapides. Ces ordinateurs ont été utilisés principalement pour des travaux scientifiques et d’ingénierie nécessitant des calculs extrêmement rapides. Les applications courantes des supercalculateurs comprennent le test de modèles mathématiques pour des phénomènes ou des conceptions physiques complexes, tels que le climat et la météo, l’évolution du cosmos, les armes et réacteurs nucléaires, les nouveaux composés chimiques (en particulier à des fins pharmaceutiques) et la cryptologie. À mesure que le coût du calcul intensif diminuait dans les années 90, de plus en plus d’entreprises ont commencé à utiliser des superordinateurs pour des études de marché et d’autres pratiques commerciales.

Signes distinctifs

Les superordinateurs ont certaines caractéristiques distinctives. Contrairement aux ordinateurs conventionnels, ils ont généralement plus d’un CPU (unité centrale de traitement) qui contient des circuits pour interpréter les instructions de programme et exécuter les opérations arithmétiques et logiques dans un ordre approprié. L’utilisation de plusieurs processeurs pour atteindre des taux de calcul élevés est rendue nécessaire par les limites physiques de la technologie des circuits. Les signaux électroniques ne peuvent pas voyager plus vite que la vitesse de la lumière, ce qui constitue une limite de vitesse fondamentale pour la transmission des signaux et la commutation de circuits. Cette limite a presque été atteinte, en raison de la miniaturisation des composants du circuit, de la réduction spectaculaire de la longueur des fils reliant les circuits imprimés et de l’innovation dans les techniques de refroidissement. A titre d’exemple, dans divers systèmes de superordinateurs, les circuits de processeur et de mémoire sont immergés dans un fluide cryogénique pour atteindre les basses températures pour qu’ils fonctionnent le plus rapidement.

Une récupération rapide des données et des instructions stockées est nécessaire pour prendre en charge la vitesse de calcul extrêmement élevée des processeurs. Par conséquent, la plupart des supercalculateurs ont une très grande capacité de stockage, ainsi qu’une capacité d’entrée/sortie très rapide.

Une autre caractéristique des superordinateurs est leur utilisation arithmétique vectorielle, c’est-à-dire qu’ils sont capables d’opérer sur des paires de listes de nombres plutôt que sur de simples paires de nombres. Par exemple, un supercalculateur typique peut multiplier une liste de taux de salaire horaire pour un groupe de travailleurs d’usine par une liste d’heures travaillées par les membres de ce groupe pour produire une liste des salaires gagnés par chaque travailleur en à peu près le même temps qu’il faut à un ordinateur ordinaire pour calculer le montant gagné par un seul travailleur.

Premières vocations

Les superordinateurs étaient à l’origine utilisés dans des applications liées à la sécurité nationale, y compris la conception d’armes nucléaires et la cryptographie. Aujourd’hui, ils sont couramment employés par les industries aérospatiale, pétrolière et automobile.

Les supercalculateurs sont devenus un outil indispensable pour la prévision météorologique : les prévisions reposent désormais sur des modèles numériques. Alors que le coût des supercalculateurs diminuait, leur utilisation se répandit dans le monde des jeux en ligne. En particulier, les 5e à 10e supercalculateurs chinois les plus rapides en 2007 appartenaient à une société ayant obtenu des droits sur le jeu en ligne World of Warcraft en Chine, lequel comptait parfois plus d’un million de personnes jouant simultanément.

De telles avancées ont permis aux chercheurs d’entrevoir la possibilité de faire des simulations informatiques basées sur la physique du premier principe, c’est à dire, avec une consommation d’énergie équilibrée et régulière. Et ce, contrairement au modèle simplifié qui nécessitait la limitation des possibilités de calcul afin de ménager l’utilisation massive de l’énergie employée pendant les traitements de données.

Cela a soulevé des perspectives de percées dans des domaines tels que la météorologie et l’analyse du climat mondial, la conception pharmaceutique et médicale, les nouveaux matériaux et l’ingénierie aérospatiale.

Le plus grand obstacle à la réalisation du plein potentiel des superordinateurs reste l’immense effort nécessaire pour écrire des programmes de telle sorte que différents aspects d’un problème puissent être exploités simultanément par autant de processeurs que possible. Même la gestion de moins d’une douzaine de processeurs, comme c’est le cas dans les ordinateurs personnels modernes, n’est pas une action toute simple.

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