Gaétan Hains Laboratoire d’informatique fondamentale d’Orléans

Présentation au sujet: "Gaétan Hains Laboratoire d’informatique fondamentale d’Orléans"— Transcription de la présentation:

1 Gaétan Hains Laboratoire d’informatique fondamentale d’Orléans
Le futur de l’informatique et les limites du calcul Tera-Flops, algorithmes et applications . Gaétan Hains Laboratoire d’informatique fondamentale d’Orléans

2 Le futur de l’informatique 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 -3000 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 1890 1890 : 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 Z4 1931 - 38 : Konrad Zuse 1941 : le Z3
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 Les années 1950 L'UNIVAC 1 (Eckert & Mauchly, 1951)
marché civil (prédiction de l'élection d'Eisenhower) 12000 nombres en mémoire 10 bandes magnétiques

15 L'Univac (2)

16 1970 - 1985 1976 : Cray I: refroidi au « gaz liquide »
1981 : Cyber 205, 50 MFlops

17 Les années 1980-95 1991 : Cray Y-MP (16 GFlops)
1986 : Cray X-MP (713 MFlops) 1991 : Cray Y-MP (16 GFlops)

18 Les années 1995-2005 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 Du calcul à la demande, distribué comme l’électricité
Les grilles de calcul: (super)-ordinateurs géographiquement distribués Du calcul à la demande, distribué comme l’électricité

24 II. La pyramide de Kheox: miniaturiser
8 données : profondeur 3 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 l’espace-temps du calcul. Mais ce n’est plus suffisant.

26 III. Le parallélisme: faire coopérer les calculs
On distribue les données sur p=4, 32, 5000 ordinateurs Chacun calcule sur sa part des données On s’échange les résultats On recommence si nécessaire Le calcul est complété p fois plus vite Mais: l’échange des données prend du temps … temps relatif inchangé depuis plus de 20 ans Echange 20, 100, 1000 x plus lent qu’un calcul … s’il n’y a pas de bouchon !

27 Paralléliser c’est distribuer …
Données Données

28 … accélérer … D o n n é e s n o e D n é s

29 … mais aussi communiquer et synchroniser.
D é o n n e s D o é e s n n 3 cons. 4 voyel. (3,4) (3,4) (3,4) (3,4)

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) 2000 1,1 260 t3e-256(4) 4000 0,9 382 t3e-256(8) 7000 0,6 327 t3e-256(16) 15000 0,4 253 t3e-256(24) 2200 0,47 222 t3e-256(32) 28000 0,41 177

32 Communication et synchronisation limitent les performances.
G L Communication et synchronisation limitent les performances.

33 Même la fibre optique n’y 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 d’image, et reconnaissance de formes 3D: potentiel illimité.
Reconnaître un visage, comparer deux voix, comparer une image avec la carte Michelin, compléter l’image SPOT par temps couvert etc.

36 Simulation aérodynamique et météo:
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 d’image : 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 d’or ?

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 d’une panne sur nos informations critiques ?

43 Merci de votre attention !
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