Comment le GPGPU va révolutionner le calcul parallèle

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Les constructeurs de cartes graphiques, NVIDIA en tête, sont en train de bouleverser le monde des supercalculateurs. Vue d’ensemble de ce marché et de son évolution. Attention : dossier sur six pages !

Depuis de nombreuses années, la plupart des superordinateurs sont des clusters, regroupant des centaines de processeurs classiques, mis en commun. Pourquoi ? À la course aux performances, le modèle classique, qui consiste à augmenter la puissance des microprocesseurs, touche ses limites.

La fréquence de fonctionnement ne peut ainsi grimper de façon continue. Grâce aux derniers procédés de gravure, elle peut encore progresser, mais ceci n’est pas suffisant pour répondre aux besoins de puissance de calcul de notre époque.

La mise en parallèle de plusieurs processeurs est donc une manière simple d’augmenter la puissance de traitement d’un système informatique. Nombre de superordinateurs exploitent des processeurs standards, bénéficiant ainsi des économies d’échelle rendues possibles par les autres marchés que couvrent ces puces.

Juste le nécessaire…

Le problème des processeurs classiques est qu’ils sont très – voire trop – génériques. Ils comprennent des unités permettant de traiter les nombres entiers, d’autres dédiées aux nombres flottants, et enfin des modules spécialisés destinés par exemple au traitement multimédia. En voulant intégrer des unités capables de répondre à tout type de demande dans une seule et même puce, nous nous retrouvons avec des composants massifs, comprenant des centaines de millions de transistors.

Or, il n’y a aucune magie dans le monde de la microélectronique : à finesse de gravure égale, un processeur comprenant 50 millions de transistors consommera nettement moins d’énergie qu’un autre en renfermant 400 millions. De même, il occupera une surface plus faible.

IBM l’a bien compris, ce qui lui vaut de conserver la tête du TOP500 des ordinateurs les plus rapides de la planète. Plutôt que d’utiliser des composants classiques, la firme favorise parfois des PowerPC issus du monde de l’électronique embarquée. Compacts et économes en ressources, ils permettent un plus haut niveau d’intégration. Chaque carte mère peut accueillir plus de processeurs, chaque armoire plus de machines, etc.

Certes, les PowerPC utilisés ici sont moins puissants qu’un Core 2 Duo, mais peu importe : à surface occupée et à consommation identique, cette solution fournit plus de puissance que des offres basées sur des composants génériques. Nous ne perdons pas en fonctionnalités, les PowerPC utilisés ici comprenant tout ce qui est demandé dans le monde des supercalculateurs : traitement sur les nombres entiers et flottants (en simple et double précision).

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