Extreme computing : innovation technologique et leadership européen

PAROLE D'EXPERT

La R&D Bull au cœur des projets européens et des pôles de compétitivité

Innovation technologique ? Là sont les racines de Bull, des premiers mainframes dans les années 60, à l’invention des cartes à microprocesseur dès 1979…, globull™, la plate-forme de mobilité la plus sûre au monde lancée en 2008 et aujourd’hui bullx, supercalculateur de nouvelle génération, ultra dense, ultra modulaire au design particulièrement soigné.

Avec, pour ses centres de R&D basés en Europe, en Amérique et en Asie, la pratique éprouvée de coopérations planétaires avec ses partenaires technologiques, les communautés Open Source, mais aussi avec des industriels, des laboratoires de recherche prestigieux, des PME innovantes dans le cadre de nombreux programmes de recherche européens et des pôles de compétitivité.

Bull Direct a rencontré trois directeurs de recherche pour présenter des projets coopératifs de recherche avancée qui illustrent l’avènement du calcul haute performance dans tous les secteurs d’activité et pour des entreprises de toutes tailles.

Le projet HiPiP (High Performance Imaging Processing) avec Jean-Claude Bourhis Débuté en octobre 2008, ce projet européen ITEA2 réunit des partenaires du pôle de compétitivité System@tic : Bull, CEA, IMSTAR, DOSISOFT, et du cluster néerlandais Point-One : Philips Healthcare, Technolution et FEI sollicités pour leur expertise dans le traitement à haute performance en Imagerie Bio Médicale.

Coordonné  par Bull au niveau national, le projet s’appuie sur ses technologies de calcul haute performance pour le traitement d’images médicales. Son objectif ? Démontrer l’intérêt de ces technologies pour établir un diagnostic fiable, assurer en temps réel une radiothérapie ou le suivi d’un traitement, voire analyser à l’échelle cellulaire des prélèvements tissulaires dans le cadre de biopsies.

Le potentiel est gigantesque et les applications multiples. Toutes ont besoin d’images de plus en plus précises en 4D (espace 3D et temps) pour les différentes modalités utilisées (rayons X, TEP¹, IRM², TDM³), ce qui augmente considérablement le volume total des données à traiter avec des performances compatibles avec le temps de présence du patient lors de l’examen. C’est pourquoi, Bull a proposé des systèmes multi cœurs standard dans des packagings différents (‘one box’, serveur, cluster) et aide ses partenaires à paralléliser leurs applications pour bénéficier du maximum de puissance de leur configuration.

Quelques exemples d’usages pour illustrer la pertinence de ces technologies :

• Acte chirurgical assisté. L’objectif est d’éliminer en temps réel le bruit présent dans l'image induit par la diminution des doses de produits ionisants auxquels les patients sont exposés, par exemple lors de la pose d’un stent (plus le signal est faible, plus les perturbations sont importantes et plus le bruit augmente).
• Diagnostic assisté par ordinateur en fournissant au praticien quelques minutes après l'examen clinique des informations qui aujourd'hui nécessitent des heures de calcul (reconstruction d'images 4D à partir d'images TEP par l’analyse de séries d'images prises à différents instants ou reconstruction de l'image des sillons du cortex après une IRM).
• Simulation en temps réel en radiothérapie pour aider le praticien dans ses actes médicaux. Il s’agit d’une simulation interactive en radiothérapie : les images sont analysées en direct (IRM, TEP ou TDM) de façon à déterminer les doses et l'angle de visée pour ne pas irradier les organes à risque ou de visualisation en temps réel pour les interventions minimalement invasives ou encore de restitutions précises et rapides d'analyses de cellules malignes lors d’un prélèvement.
• Détection précoce de maladies avec la construction de modèles cognitifs qui permettront la détection précoce de certaines maladies dans les domaines de l'oncologie (analyse multiplex cellulaire) ou de maladies neuro-dégénératives, comme Alzheimer.

Le projet fournira des démonstrateurs pour toutes les modalités (rayons X, IRM, TEP, CT-SCAN⁴/ et l'imagerie cellulaire) et une station innovante pour la simulation virtuelle en radiothérapie.
Sur le plan technique, ce projet présente un intérêt majeur sur les techniques de parallélisation des applications et de temps réel.

Imagerie 3D des réseaux de fibres du cerveau par IRM

Le projet EXPAMTION5 avec Jean-Marc Morel Labellisé par deux pôles de compétitivité français : MOV’EO  et SYSTEM@TIC, le projet EXPAMTION a été lancé en décembre 2008 dans le cadre du DAS6 mécatronique du pôle de compétitivité MOV’EO, dont l’objectif est de renforcer la compétitivité des équipementiers automobiles grâce à la mise en œuvre d’un atelier de conception collaboratif associant l’ensemble des métiers mécaniques et électroniques.

L’enjeu : accélérer les développements de produits innovants et respectueux de l’environnement grâce à des moyens de calcul performants et partagés de façon totalement sécurisée garantissant à chaque acteur une coopération efficace sans crainte pour sa propriété intellectuelle.

Ainsi, EXPAMTION regroupe aux côtés de Bull, fournisseur d’une plate-forme coopérative HPC hautement sécurisée, des équipementiers automobiles comme VALEO Systèmes Thermiques ou la PME MDP, des spécialistes en logiciels de simulation, tels qu‘ALTAIR Engineering, CADLM, INTES et SIMPOE et des Instituts de recherche du CETIM⁷, de l’Université Versailles-St Quentin et de l’Université de Technologie de Compiègne. En réunissant toutes les compétences requises (dimensionnement mécanique, thermique, compatibilité  électromagnétique/CEM, électronique, routage, etc.) sur l’ensemble du cycle de conception, l’atelier développé et expérimenté dans le cadre de ce projet va permettre de créer et d’optimiser des produits complexes et plus ‘verts’.

Tous les acteurs de la ‘supply chain’ vont expérimenter de nouvelles méthodes de conception collaboratives basées sur l’utilisation massive de la simulation multi domaines pour élaborer des produits permettant par exemple de réduire les émissions de CO2  de 2 à 6 % grâce à l’optimisation du poids des structures, du système d’échange et de refroidissement, et de la commande mécatronique de la ventilation.

Ce projet adressera également les aspects de formation pour les acteurs notamment PME de la filière afin de garantir une bonne appropriation des outils de simulation, et définira le ‘business model’ d’un outil collaboratif sécurisé de simulation partagé entre les différents acteurs industriels et académiques. L’ambition est également de promouvoir vers d’autres filières ayant des problématiques similaires de ‘supply chain’ (aéronautique, mécanique, chimie) la méthodologie et les moyens nécessaires au développement de telles coopérations.

Sur le plan technique, ce projet permet par ailleurs à Bull de bien ajuster ses solutions HPC à la mécatronique, d’optimiser les applications de modélisation et de simulation correspondantes sur ses infrastructures, et de renforcer ses solutions de sécurité, en particulier la vitesse d’encryptage des données stockées et celles transmises par réseau.

Le projet TSAR (Tera-Scale ARchitecture) avec Huy-Nam Nguyen Labellisé fin janvier 2008 par CATRENE, le programme de recherche européen en microélectronique, TSAR est un projet centré sur la conception des architectures de processeurs multi cœurs du futur, qui vise le marché du calcul massivement parallèle.

Bull est leader de ce projet auquel participent le groupe Thales et le laboratoire LIP6 de l’Université Pierre & Marie Curie côté français ; ACE, Compaan, Liacs, NXP Semiconductors, Philips Healthcare, Tu Delft côté hollandais ; et FZI⁸ basé à Karlsruhe en Allemagne.

TSAR est un projet critique pour les années à venir car les puces standard du marché arrivent à la limite de leur technologie en termes de performance et de consommation. Les architectures massivement parallèles représentent aujourd’hui la seule alternative d’évolution pour délivrer la puissance requise par les applications de simulation et de calcul haute performance.

L’ambition du projet, qui accueille en son sein des pionniers dans le domaine des réseaux multi processeurs sur puce (NXP Semiconductors, Université Pierre & Marie Curie/LIP6) est triple :

• Concevoir des architectures de processeurs de 1000 cœurs pouvant atteindre des puissances de l’ordre du Téraflops et assurer la cohérence des caches par des mécanismes matériels plus performants que les approches logicielles actuelles.
• En parallèle, développer du logiciel pour la parallélisation et la compilation des applications, ainsi que pour le portage d’un système d’exploitation sur la plate-forme multi cœurs à mémoire partagée.
• Enfin, développer un prototype virtuel (au niveau transactionnel) pour l’exécution de certaines applications et benchmarks et l’estimation de leurs performances afin de valider la pertinence de ce type d’architectures.

Sur le plan technique, la maîtrise de ces architectures multi processeurs sur puce (MPSoC⁹) et leur intégration dans ses solutions HPC sont importantes pour Bull, dont l’ambition est d’être leader en Europe sur le marché de la simulation numérique.