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Le futur de linformatique et les limites du calcul Tera-Flops, algorithmes et applications. Gaétan Hains Laboratoire dinformatique fondamentale dOrléans.

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1 Le futur de linformatique et les limites du calcul Tera-Flops, algorithmes et applications. Gaétan Hains Laboratoire dinformatique fondamentale dOrléans

2 Le futur de linformatique et les limites du calcul Histoire des ordinateurs: accélérer La pyramide de Kheox: miniaturiser Le parallélisme: faire coopérer Applications et limites: ce qui sera possible et ce qui ne le sera jamais … Recherche en informatique: … et pourtant …

3 I. Histoire des ordinateurs

4 Le boulier à Babylone

5 La règle à calcul 1614 : John Napier 1970: encore en usage au Québec …

6 La Pascaline : Blaise Pascal

7 Stepped Reckoner 1674 : Gottfried Leibnitz

8 L'arithmomètre : Thomas de Colmar

9 Le recencement de : Herman Hollerith 1896 : Tabulating Machine Compagny (devient IBM en 1924)

10 Le Harvard Mark I 1937 : Howard Aiken –relais électromécaniques –10,6 m de long, 5 t –2 multiplications / 3s –terminé en 1944

11 Du Z1 au Z : Konrad Zuse –électromécanique 1941 : le Z3 –programme de contrôle sur bande perforée 1943 : le Z4 (512 adresses)

12 L'ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) : P. Eckert, J. Mauchly

13 L'ENIAC (2) –30 t –17468 tubes, résistances, 1500 relais, 6000 commutateurs manuels –150 kW

14 L'UNIVAC 1 (Eckert & Mauchly, 1951) –marché civil (prédiction de l'élection d'Eisenhower) –12000 nombres en mémoire –10 bandes magnétiques Les années 1950

15 L'Univac (2)

16 : Cray I: refroidi au « gaz liquide » 1981 : Cyber 205, 50 MFlops

17 Les années : Cray X-MP (713 MFlops) 1991 : Cray Y-MP (16 GFlops)

18 Les années Grappes de PC Super-ordinateurs parallèles et vectoriels Calcul globalisé ou grilles de calcul géographiquement distribuées.

19 Grappe de PC au LIFO: puissance de calcul

20 Grappe de PC au LIFO: réseau Gbit/s (100 x ADSL entre chaque paire de PC)

21 Grappe de PC version INRIA

22 Super-ordinateur NEC au Japon: The Earth Simulator 5000 machines en une

23 Les grilles de calcul: (super)-ordinateurs géographiquement distribués Du calcul à la demande, distribué comme lélectricité

24 II. La pyramide de Kheox: miniaturiser 8 données : profondeur données: profondeur 20

25 (A) Les informations, les calculs, la langue, la logique : Des structures imbriquées à dimensions illimitées (B) Les mémoires, les machines, le matériel : Des structures en 3 dimensions, du courant électrique, des gens, des, du temps. miniaturiser (A) pour les réaliser par (B) Depuis toujours on miniaturise lespace-temps du calcul. Mais ce nest plus suffisant.

26 III. Le parallélisme: faire coopérer les calculs 1.On distribue les données sur p=4, 32, 5000 ordinateurs 2.Chacun calcule sur sa part des données 3.On séchange les résultats 4.On recommence si nécessaire Le calcul est complété p fois plus vite Mais: léchange des données prend du temps … temps relatif inchangé depuis plus de 20 ans Echange 20, 100, 1000 x plus lent quun calcul … sil ny a pas de bouchon !

27 Paralléliser cest distribuer …

28 … accélérer …

29 … mais aussi communiquer et synchroniser.

30 La vitesse de calcul augmente exponentiellement Kilo Mega Giga Tera

31 MAIS comm et synchro coûtent toujours autant CRAY T3E, haut de gamme circa 2002 Mflops/s 1/L M/s 1/g Mmots/s t3e-256(2) ,1260 t3e-256(4) ,9382 t3e-256(8) ,6327 t3e-256(16) ,4253 t3e-256(24) ,47222 t3e-256(32) ,41177

32 G L Communication et synchronisation limitent les performances.

33 Même la fibre optique ny peut rien, la vitesse de la lumière est finie communiquer coûte cher.

34 IV. Applications et limites du calcul Dynamique moléculaire: on simule une nanoseconde sur atomes

35 Traitement dimage, et reconnaissance de formes 3D: potentiel illimité. Reconnaître un visage, comparer deux voix, comparer une image avec la carte Michelin, compléter limage SPOT par temps couvert etc.

36 Simulation aérodynamique et météo: progrès constants mais pas de révolution. Problème inverse (apprentissage) hors de portée.

37 Réalité virtuelle, interfaces par immersion, jeux vidéos, murs dimage : ça ne fait que commencer ! Simulation interactive en ingénierie

38 Urbanisme virtuel, simulation des crues de la Loire etc.

39 Joueur de Handball virtuel, gardien de but réel

40 Apprentissage automatique sur données géographiques: Progrès réels mais limités par la complexité. Où doit-on chercher les mines dor ?

41 Analyse de la structure du web: Progrès réels mais limités par la complexité. Qui parle de qui sur les pages perso ? Où est Al Qaida ? Que sait le réseau Echelon sur mon entreprise ? Que peut-on apprendre du CEA via le web ?

42 Analyse des protocoles cryptographiques: Progrès très limités par la complexité. Ce protocole de commerce électronique est-il vraiment sûr ? Est-il facile de mettre nos serveurs en déni de service ? Quels effets dune panne sur nos informations critiques ?

43 En résumé: La miniaturisation progresse Les réseaux progressent un peu moins On va largement améliorer certaines applications Pour les autres … …on y travaille. Merci de votre attention !

44 Merci à: Arnaud Lallouet (LIFO): histoire des ordinateurs. INRIA, BRGM: photos. Univ.Orléans, Min. Rech., Cons. Rég.: pour le LIFO. Centre Sciences: organisation et communication. Tous nos partenaires recherche en France et ailleurs


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