La tendance nette qui s’impose dans le domaine du calcul haute performance (HPC) est l’évolution horizontale (Scale-Out) et non l’évolution verticale (Scale-Up). Les différentes variables, tels que les processeurs, les réseaux ou le stockage, en font la preuve.

Le Scale-Out, qui offre la possibilité de traiter des processus en parallèle, est une tendance marquée dans l’environnement HPC. Elle concerne tout aussi bien les technologies de processeurs et de réseaux que le domaine du stockage en faisant appel aux systèmes de fichiers parallèles.

Dans le domaine des processeurs, la tendance au Scale-Out se traduit par une propension à utiliser de plus en plus de cœurs par processeur, tandis que la fréquence d’horloge reste plutôt identique. Ceci signifie que l’ambition est d’augmenter la puissance à l’aide de processeurs à plusieurs coeurs, plutôt que d’accélérer la fréquence d’horloge, ce qui se révèle fastidieux sur le plan technique.

Une très bonne évolutivité et une excellente mise en parallèle s’obtiennent non seulement avec les processeurs Intel mais aussi ARM. Intel ne sera pas le seul à dominer l’avenir des processeurs dans le domaine HPC, les processeurs ARM sont de plus en plus à l’ordre du jour. Depuis l’introduction de la génération ARMv8 avec l’architecture 64 bits, cette évolution s’amorce déjà dans le milieu universitaire. Les principaux atouts d’ARM sont l’efficience énergétique et les économies de coûts, de sorte qu’à l’avenir une utilisation avec des applications commerciales dans tous les domaines de la recherche et du développement, même dans des entreprises privées, pourrait d’avantage être
envisagée.

La tendance au Scale-Out se manifeste également dans le domaine du stockage par l’utilisation de systèmes de fichiers parallèles. Des résultats de calcul comportant des volumes de données de l’ordre du téraoctet sont monnaie courante dans le calcul haute performance. La difficulté réside moins dans le stockage de ces données que dans le transfert de ces gros volumes. En effet, les opérations de lecture et d’écriture dans le cadre du flux de travail, doivent pouvoir se faire sans perte de performance pour ne pas allonger la durée du calcul. Compte tenu de ces exigences, des systèmes de fichiers parallèles se sont établis depuis un certain temps déjà. Ils permettent d’enregistrer de façon performante des données d’entrée ou des résultats ainsi que des résultats intermédiaires pendant toute la durée de la tâche.

Dans le domaine des systèmes de fichiers parallèles, quatre solutions principales s’offrent pour les systèmes de stockage HPC : les solutions commerciales de Panasas ou d’IBM, ainsi que des solutions open-source telles que Lustre ou BeeGFS développé par l’institut de recherche allemand
Fraunhofer.

Les architectures Scale-Out dominent également le domaine des réseaux. La norme en vigueur dans le monde des applications HPC complexes est actuellement InfiniBand. Les principaux avantages de cette interconnexion réseau résident dans la bande passante à haut débit et la faible latence qui permet d’assurer une haute performance des applications HPC. En outre, InfiniBand prend en charge une évolution en cluster, car la latence point-à-point reste faible même en présence d’un nombre accru de nœuds ou de coeurs et se situe sous 1,2 microseconde.

La position dominante d’InfiniBand s’estompera l’année prochaine. L’introduction d’Omni-Path d’Intel en est la raison. Les latences port-à-port annoncées de 100 à 110 nanosecondes procurent de
meilleures valeurs que celles obtenues en utilisant InfiniBand EDR. Cela signifie une bien meilleure évolutivité et donc une meilleure possibilité de réaliser des réseaux encore plus importants.

Les systèmes HPC ne cessent de prendre de l’importance aux yeux de nombreuses entreprises car ils sont requis non seulement pour des simulations à calcul intensif, mais surtout aussi pour l’analyse de gros volumes de données, c’est-à-dire le Big Data. Ce critère est de plus en plus déterminant pour une entreprise désireuse de maintenir et d’accroître sa compétitivité. Le choix de la bonne solution HPC, puis sa mise
en service et son utilisation, ne sont pas toujours des tâches simples.

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Oliver Tennert est Directeur des solutions HPC chez transtec à