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Questions tendances

Qu’est-ce que le calcul haute performance (HPC) ?

Le HPC, ou supercalcul, est comme l’informatique quotidienne, mais en plus puissant. Il permet de traiter d’énormes volumes de données à des vitesses très élevées grâce à plusieurs ordinateurs et à des terminaux de stockage organisés dans un ensemble cohérent. Le HPC permet d’explorer et de trouver des réponses à certains des plus grands problèmes mondiaux dans les domaines de la science, de l’ingénierie et des affaires.

Quels secteurs d’activité utilisent le HPC ?

Les entreprises du classement Fortune 1000 dans presque tous les secteur d’activité font appel au HPC, dont la popularité ne cesse de croître. Selon Hyperion Research, le marché mondial du HPC devrait atteindre 44 milliards de dollars d’ici 2022.

Voici quelques-uns des secteurs qui utilisent le HPC et les types de charges de travail que ce dernier les aide à exécuter :

  • Aérospatial : création de simulations complexes, par exemple, les flux d’air sur les ailes des avions
  • Production : exécution de simulations, par exemple, pour la conduite autonome, pour soutenir la conception, la fabrication et les tests de nouveaux produits, ce qui se traduit par des voitures plus sûres, des pièces plus légères, des processus plus efficaces et des innovations
  • Technologie financière (FinTech) : réalisation d’analyses de risques complexes, de trading haute fréquence, de modélisation financière et de détection de fraude
  • Génomique : séquençage de l’ADN, analyse des interactions médicamenteuses et analyse des protéines pour les études d’ascendance
  • Santé : Recherche de médicaments, création de vaccins et développement de traitements innovants pour les maladies rares et courantes
  • Médias et divertissement : création d’animations, rendu d’effets spéciaux pour les films, transcodage d’énormes fichiers multimédias et création de divertissements immersifs
  • Hydrocarbures : réalisation d’analyses spatiales et test de modèles de réservoirs afin de prédire la localisation des ressources pétrolières et gazières, et simulations telles que l’écoulement des fluides et le traitement sismique
  • Vente au détail : analyse de quantités massives de données client pour offrir des recommandations de produits plus ciblées et un meilleur service client

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Comment le HPC fonctionne-t-il ?

Certaines tâches, telles que le séquençage de l’ADN, sont tout simplement trop immenses pour être traitées par un seul ordinateur. Les environnements HPC ou de supercalcul relèvent ces défis importants et complexes avec des nœuds individuels (ordinateurs) travaillant ensemble dans un cluster (groupe connecté) pour effectuer d’énormes quantités de calcul en peu de temps. La création et la suppression de ces clusters sont souvent automatisées dans le cloud pour réduire les coûts.

Le HPC peut être réalisé sur de nombreux types de tâches, mais les deux plus courantes sont les tâches parallèles embarrassantes et les tâches étroitement liées.

  • Les tâches parallèles embarrassantes sont des problèmes de calcul divisés en petites tâches simples et indépendantes qui peuvent être exécutées en même temps, souvent avec peu ou pas de communication entre elles. Par exemple, une entreprise peut soumettre 100 millions d’enregistrements de carte de crédit à des cœurs de processeur individuels dans un cluster de nœuds. Le traitement d’un enregistrement de carte de crédit est une petite tâche, mais lorsque 100 millions d’enregistrements sont répartis dans le cluster, ces petites tâches peuvent être effectuées en même temps (en parallèle) à des vitesses étonnantes. Les cas d’utilisation courants incluent les simulations de risques, la modélisation moléculaire, la recherche contextuelle et les simulations logistiques.
  • Les tâches étroitement liées prennent généralement une charge de travail partagée importante et la divisent en tâches plus petites qui communiquent en permanence. En d’autres termes, les différents nœuds du cluster communiquent entre eux pendant qu’ils effectuent leur traitement. Les cas d’utilisation courants incluent la dynamique des fluides computationnelle, la modélisation des prévisions météorologiques, les simulations de matériaux, les émulations de collision automobiles les simulations géospatiales et la gestion du trafic.

Quels sont les avantages du HPC ?

Le HPC est un élément essentiel de la recherche universitaire et de l’innovation industrielle depuis des décennies. Il aide les ingénieurs, les scientifiques des données, les concepteurs et autres chercheurs à résoudre des problèmes complexes et volumineux en beaucoup moins de temps et à un coût moindre que l’informatique traditionnelle.

Les principaux avantages du HPC sont

  • Réduction des tests physiques : le HPC peut être utilisé pour créer des simulations, ce qui réduit le besoin de tests physiques. Par exemple, lors du test d’accidents automobiles, il est beaucoup plus facile et moins coûteux de générer une simulation que d’effectuer un crash test.
  • Vitesse : grâce aux derniers processeurs, unités de traitement graphique (GPU) et structures de réseau à faible latence comme l’accès direct à la mémoire (RDMA), associés au stockage local all-flash et aux terminaux de stockage en mode bloc, le HPC peut effectuer des calculs massifs en quelques minutes, au lieu de plusieurs semaines ou mois.
  • Coût : des réponses plus rapides signifient moins de temps et d’argent perdus. De plus, avec le HPC basé sur le cloud, même les petites entreprises et les startups peuvent se permettre d’exécuter des charges de travail HPC, en payant uniquement ce qu’elles utilisent et en augmentant et en diminuant au besoin.
  • Innovation : Le HPC stimule l’innovation dans presque tous les secteurs d’activité. Il impulse les découvertes scientifiques révolutionnaires qui améliorent la qualité de vie des personnes à travers le monde.

Où le HPC se produit-il ?

Le HPC peut être réalisé on-premise, dans le cloud, ou au sein d’un modèle hybride qui comporte une partie de chaque modèle.

Dans un déploiement HPC on-premise, une entreprise ou un institut de recherche construit un cluster HPC composé de serveurs, de solutions de stockage et d’autres infrastructures qu’elle gère et met à niveau au fil du temps. Dans un déploiement HPC cloud, un fournisseur de service cloud administre et gère l’infrastructure, et les organisations l’utilisent selon un modèle de paiement à la demande.

Certaines organisations adoptent des déploiements hybrides, en particulier celles qui ont investi dans une infrastructure on-premise, mais qui souhaitent également bénéficier de la vitesse, la flexibilité et les économies de coût du cloud. Elles peuvent utiliser le cloud pour exécuter certaines charges de travail HPC de manière continue et opter pour les services cloud ponctuellement, lorsque le temps d’attente on-premise devient un problème.

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Quels sont les défis liés aux déploiements HPC on-premise ?

Les organisations dotées d’environnements HPC on-premise acquièrent un contrôle considérable sur leurs opérations, mais elles doivent faire face à plusieurs défis, notamment

  • Investir des sommes importantes en équipement informatique, qui doit être continuellement mis à niveau
  • Payer la gestion continue et les autres coûts opérationnels
  • Subir des délais, ou des files d’attente, de plusieurs jours à plusieurs mois avant que les utilisateurs puissent exécuter leur charge de travail HPC, en particulier lorsque la demande augmente
  • Le report des mises à niveau vers des équipements informatiques plus puissants et plus efficaces en raison des longs cycles d’achat, qui ralentit le rythme de la recherche et des affaires

En partie à cause des coûts et autres défis liés aux environnements on-premise, les déploiements HPC basés sur le cloud deviennent de plus en plus populaires. Market Research Future prévoit une croissance de 21 % du marché mondial entre 2017 à 2023. Lorsque les entreprises exécutent leurs charges de travail HPC dans le cloud, elles paient uniquement ce qu’elles utilisent et peuvent rapidement augmenter ou diminuer en fonction de l’évolution de leurs besoins.

Pour gagner et fidéliser les clients, les principaux fournisseurs cloud offrent des technologies de pointe spécialement conçues pour les charges de travail HPC, il n’y a donc aucun risque de baisse des performances lorsque l’équipement on-premise vieillit. Les fournisseurs cloud proposent les processeurs et les GPU les plus récents et les plus rapides, ainsi qu’un stockage flash à faible latence, des réseaux RDMA ultra-rapides et une sécurité d’entreprise. Les services sont disponibles toute la journée, tous les jours, avec peu ou pas de temps d’attente.

Quels sont les principaux éléments à prendre en compte lors du choix d’un environnement cloud pour le HPC ?

Tous les fournisseurs cloud ne se valent pas. Certains clouds ne sont pas conçus pour le HPC et ne peuvent pas fournir des performances optimales pendant les périodes de pointe des tâches exigeantes. Les quatre caractéristiques à prendre en compte lors de la sélection d’un fournisseur cloud sont les suivantes

  • Performances de pointe : Votre fournisseur cloud doit proposer et gérer la dernière génération de processeurs, de stockage et de technologies réseau. Assurez-vous qu’ils offrent une capacité étendue et des performances haut de gamme égales ou supérieures à celles des déploiements on-premise typiques.
  • Expérience avec le HPC : Le fournisseur cloud que vous choisissez doit avoir une expérience approfondie de l’exécution de charges de travail HPC pour divers clients. De plus, son service cloud doit être conçu pour offrir des performances optimales même pendant les périodes de pointe, comme lors de l’exécution de plusieurs simulations ou modèles. Dans de nombreux cas, les instances d’ordinateurs bare metal offrent des performances plus cohérentes et plus puissantes que les machines virtuelles.
  • Flexibilité pour le lever et déplacer : Vos charges de travail HPC doivent s’exécuter de la même manière dans le cloud que on-premise. Après avoir déplacé les charges de travail vers le cloud « en l’état » lors d’une opération de lever et déplacer, la simulation que vous exécutez la semaine suivante doit produire un résultat cohérent avec celui que vous avez exécuté il y a dix ans. Ceci est extrêmement important dans les secteurs où des comparaisons d’une année à l’autre doivent être faites en utilisant les mêmes données et calculs. Par exemple, les calculs pour l’aérodynamique, les automobiles et la chimie n’ont pas changé, et les résultats ne peuvent pas changer non plus.
  • Aucuns frais cachés : Les services cloud étant généralement proposés sur un modèle de paiement à la demande, assurez-vous de comprendre exactement ce que vous paierez chaque fois que vous utilisez le service. De nombreux utilisateurs sont souvent surpris par le coût du transfert ou de la sortie des données sortantes. Vous savez peut-être que vous devrez payer chaque transaction et demande d’accès aux données, mais les coûts de sortie sont souvent négligés.

Obtenir les résultats que vous attendez et que vous souhaitez

En règle générale, il est préférable d’opter pour des services cloud bare metal, qui offrent plus de contrôle et de performances. Combiné à la mise en réseau de cluster RDMA, le HPC bare metal fournit des résultats identiques à ceux que vous obtenez avec un matériel similaire on-premise.

Quel est l’avenir du HPC ?

Les entreprises et les institutions de plusieurs secteurs se tournent vers le HPC, ce qui engendre une croissance qui devrait se poursuivre pendant de nombreuses années. Le marché mondial du HPC devrait passer de 31 milliards USD en 2017 à 50 milliards USD en 2023. Alors que les performances du cloud ne cessent de s’améliorer et de devenir encore plus fiables et puissantes, une grande partie de cette croissance devrait provenir des déploiements HPC basés sur le cloud, qui évitent aux entreprises de devoir investir des millions dans l’infrastructure datacenter et les coûts associés.

Dans un proche avenir, attendez-vous à voir big data et HPC converger, le même grand cluster d’ordinateurs étant utilisé pour analyser le big data et exécuter des simulations et d’autres charges de travail HPC. Lorsque ces deux tendances convergeront, la puissance et la capacité de calcul de chacune seront démultipliées, ce qui permettra des recherches et des innovations encore plus révolutionnaires.

i Earl Joseph, Steve Conway, Bob Sorensen, Alex Norton. Mise à jour Hyperion Research : ISC19. https://hyperionresearch.com/wp-content/uploads/2019/06/Hyperion-Research-ISC19-Breakfast-Briefing-Presentation-June-2019.pdf

ii https://www.abnewswire.com/pressreleases/cloud-hpc-market-growing-swiftly-at-21-cagr-by-2023-cloud-high-performance-computing-market-forecast-by-component-service-deployment-industry-vertical_211149.html

iii https://www.businesswire.com/news/home/20181218005581/en/Global-High-performance-Computing-HPC-Market-2018-2023-Grow

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