Portraits de John Hopfield et Geoffrey Hinton, lauréats du prix Nobel de physique 2024 pour leurs découvertes et inventions qui ont permis de développer l'apprentissage machine avec des réseaux de neurones artificiels. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach Par Thierry Viéville , Inria Le prix Nobel de physique 2024 récompense des travaux précurseurs de John Hopfield et Geoffrey Hinton sur les réseaux de neurones artificiels, à la base de l’apprentissage machine. Ces travaux ont participé au développement de l’intelligence artificielle, qui chamboule aujourd’hui de nombreux secteurs d’activité. C’est à une question simple que John Hopfield et Geoffrey Hinton ont apporté une réponse qui leur vaut aujourd’hui le prix Nobel de physique : « Quelle est la description la plus simple que nous pourrions faire de nos neurones, ces composants du cerveau, siège de notre intelligence ? » Un neurone, qu’il soit artificiel ou biologique, est u
Lorsque l'on se trouve face au nouveau supercalculateur du Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique (Cerfacs), situé sur le campus de Météo France à Toulouse, difficile de ne pas penser tour à tour au monolithe noir de "2001 l'Odyssée de l'espace" pour la forme et à l'ordinateur HAL du même film pour les capacités de calcul de la machine. Mais l'analogie s'arrête là car il ne s'agit pas de science fiction mais bien d'une réalité scientifique jour après jour plus concrète.Deux exemplaires en France
Baptisé Blue Gene/L cette machine est la deuxième qu'IBM installe en France ; la 35e dans le monde. Un autre exemplaire, quatre fois plus puissant, est, en effet, utilisé par EDF. "EDF réalise grâce à cette machine des simulations sur le vieillissement de ses centrales nucléaires, sur leur solidité, sur l'impact que pourraient avoir des inondations ou des marées, etc. Autant de choses qu'il était impossible de faire il y a quelques temps encore", explique Renaud Rafaelli, attaché de presse d'IBM France. Si la machine livrée au Cerfacs est moins puissante que celle d'EDF, elle n'en reste pas moins l'un des supercalculateurs français les plus en pointe. Le "monolithe" très design (1m2 au sol, 2m de hauteur), installé à Toulouse en juillet dernier, contient en effet 2048 coeurs de calcul, 1000 Go de mémoire et développe une puissance de 5,7 teraflop par seconde, soit 5,7 milliers de milliards d'opérations simples en une seconde ! Par comparaison, l'ordinateur le plus puissant du monde, un Blue Gene/L lui aussi, installé au laboratoire national de Livermore en Californie, affiche 280,6 teraflop...
Course à la puissance
Cette course à la puissance, qui est mesurée tous les semestres dans le Top 500 des supercalculateurs les plus rapides au monde, n'est pas près de s'arrêter et IBM, qui occupe 50% du marché, vise maintenant la construction d'une machine "pentaflopique" dans le cadre du projet américain Percs... "Blue Gene fait partie d'une ligne dont le développement va au-delà de la décennie", explique Gilles Lesage, directeur chez IBM France, qui justifie ce besoin de puissance par une demande toujours plus forte. "Il y a de plus en plus de besoins pour simuler, modéliser. Dans le domaine de la physique, de la biologie, de l'astronomie, du climat mais également dans des domaines plus inattendus comme les finances, les applications sociétales, les transports (flux maritimes), etc.", explique Gilles Lesage. Il est vrai que les exemples ne manquent pas : modélisation du cerveau en Suisse, astrophysique en Hollande, mécanique des fluides en France, etc. "Les supercalculateurs font évoluer notre connaissance", conclut M. Lesage.
A Toulouse, le Cerfacs à la pointe
L'arrivée de Blue Gene au Cerfacs, qui vient de fêter ses 20 ans, va permettre à celui-ci d'accroitre ses capacités de calcul. Entre 2000 et 2007, la puissance de production du Cerfacs a été multipliée par sept et atteint presque les 7000 petaflops (millions de milliards d'opérations par secondes cumulées). En 2001-2003, le Cerfacs a acquis une machine HP (0,08 teraflops), puis une Cray de 0,576 teraflops en 2005, un IBM Bladecenter de 2,2 teraflops en 2006 et donc maintenant un IBM Blue Gene de 5,7 teraflops. Les machines les plus récentes ne remplacent pas les plus anciennes mais viennent conforter le parc. "Il est important d'avoir de la puissance, mais il est aussi important d'avoir une gamme d'architecture très large", explique Jean-Claude André, directeur du Cerfacs.
De fait, le Cerfacs répartit sa capacité de calcul en fonction des besoins du moment. Des besoins issus tout d'abord des six associés qui constituent le Cerfacs : le Centre national d'études spatiales (CNES), EADS-Airbus, EDF, Météo-France, Safran et Onera. Ensuite viennent les besoins de partenaires fidèles avec lesquels sont conclus des accords pluriannuels de collaboration : le Centre national de la recherche scientifique (CNRS), le Commissariat à l'énergie atomique (CEA).
Enfin, le Cerfacs apporte son concours à des réseaux de recherche régionaux, nationaux et européens. On trouve ainsi le programme Terre Vivante et espace (surveillance et prévision des milieux naturels), l'Aérospace vallée, le réseau Sciences et techniques pour l'Aéronautique et l'espace ; l'initiative Escrime pour la simulation climatique ; les réseaux européens Prism ou Myplanet (formation des doctorants en simulation de la combustion).
Baptisé Blue Gene/L cette machine est la deuxième qu'IBM installe en France ; la 35e dans le monde. Un autre exemplaire, quatre fois plus puissant, est, en effet, utilisé par EDF. "EDF réalise grâce à cette machine des simulations sur le vieillissement de ses centrales nucléaires, sur leur solidité, sur l'impact que pourraient avoir des inondations ou des marées, etc. Autant de choses qu'il était impossible de faire il y a quelques temps encore", explique Renaud Rafaelli, attaché de presse d'IBM France. Si la machine livrée au Cerfacs est moins puissante que celle d'EDF, elle n'en reste pas moins l'un des supercalculateurs français les plus en pointe. Le "monolithe" très design (1m2 au sol, 2m de hauteur), installé à Toulouse en juillet dernier, contient en effet 2048 coeurs de calcul, 1000 Go de mémoire et développe une puissance de 5,7 teraflop par seconde, soit 5,7 milliers de milliards d'opérations simples en une seconde ! Par comparaison, l'ordinateur le plus puissant du monde, un Blue Gene/L lui aussi, installé au laboratoire national de Livermore en Californie, affiche 280,6 teraflop...
Course à la puissance
Cette course à la puissance, qui est mesurée tous les semestres dans le Top 500 des supercalculateurs les plus rapides au monde, n'est pas près de s'arrêter et IBM, qui occupe 50% du marché, vise maintenant la construction d'une machine "pentaflopique" dans le cadre du projet américain Percs... "Blue Gene fait partie d'une ligne dont le développement va au-delà de la décennie", explique Gilles Lesage, directeur chez IBM France, qui justifie ce besoin de puissance par une demande toujours plus forte. "Il y a de plus en plus de besoins pour simuler, modéliser. Dans le domaine de la physique, de la biologie, de l'astronomie, du climat mais également dans des domaines plus inattendus comme les finances, les applications sociétales, les transports (flux maritimes), etc.", explique Gilles Lesage. Il est vrai que les exemples ne manquent pas : modélisation du cerveau en Suisse, astrophysique en Hollande, mécanique des fluides en France, etc. "Les supercalculateurs font évoluer notre connaissance", conclut M. Lesage.
Des supercalculateurs plus verts
La course à la puissance ne va pas sans poser de nombreux problèmes relatifs à la consommation énergétique et à la dissipation de chaleur. IBM a pris en compte ces deux aspects dans le cadre d'une réflexion sur le "green computing" (informatique verte). "Des projets sont en place dans tous nos centres", assure Gille Lesage. Cela se traduit très concrètement sur les machines. Bien que le plus puissant des supercalculateurs du Cerfacs, le Blue Gene est l'un des plus compacts. L'agencement intérieur de la machine a été pensé pour cela : la forme même, en biais, n'est pas un caprice mais permet une meilleure circulation et une meilleure évacuation de l'air.
A Toulouse, le Cerfacs à la pointe
L'arrivée de Blue Gene au Cerfacs, qui vient de fêter ses 20 ans, va permettre à celui-ci d'accroitre ses capacités de calcul. Entre 2000 et 2007, la puissance de production du Cerfacs a été multipliée par sept et atteint presque les 7000 petaflops (millions de milliards d'opérations par secondes cumulées). En 2001-2003, le Cerfacs a acquis une machine HP (0,08 teraflops), puis une Cray de 0,576 teraflops en 2005, un IBM Bladecenter de 2,2 teraflops en 2006 et donc maintenant un IBM Blue Gene de 5,7 teraflops. Les machines les plus récentes ne remplacent pas les plus anciennes mais viennent conforter le parc. "Il est important d'avoir de la puissance, mais il est aussi important d'avoir une gamme d'architecture très large", explique Jean-Claude André, directeur du Cerfacs.
De fait, le Cerfacs répartit sa capacité de calcul en fonction des besoins du moment. Des besoins issus tout d'abord des six associés qui constituent le Cerfacs : le Centre national d'études spatiales (CNES), EADS-Airbus, EDF, Météo-France, Safran et Onera. Ensuite viennent les besoins de partenaires fidèles avec lesquels sont conclus des accords pluriannuels de collaboration : le Centre national de la recherche scientifique (CNRS), le Commissariat à l'énergie atomique (CEA).
Enfin, le Cerfacs apporte son concours à des réseaux de recherche régionaux, nationaux et européens. On trouve ainsi le programme Terre Vivante et espace (surveillance et prévision des milieux naturels), l'Aérospace vallée, le réseau Sciences et techniques pour l'Aéronautique et l'espace ; l'initiative Escrime pour la simulation climatique ; les réseaux européens Prism ou Myplanet (formation des doctorants en simulation de la combustion).
Climat : des sénarios à la prévision
A l'heure où la lutte contre le réchauffement climatique a été érigée comme l'une des priorités mondiales (et ses acteurs Al Gore et le Giec honorés du prix Nobel de la paix), le passage des scénarios climatiques à la prévision des trente prochaines années constitue un véritable défi.
En effet, pour parvenir à prévoir le climat, il faut intégrer une multitude de paramètres, combiner plusieurs modèles, etc. Le Cerfacs et Météo France ont contribué à la réalisation de calculs. Dans le cadre de l'exercice AR5 du Giec, 1800 années ont ainsi été simulées et sur le Blue Gene du Cerfacs, il y a eu un an effectif de calcul.
Pour aller plus loin
> Le site du Cerfacs
> La page de l'IBM Blue gene (en)
> Une fiche sur les superordinateurs chez Wikipédia
> La liste des 500 superordinateurs les plus rapides du monde
> Le Laboratoire national de Lawrence Livermore