Calculer encore plus vite tout en consommant moins d'énergie

"La maîtrise de la consommation énergétique figure parmi les principaux défis des fabricants de supercalculateurs.  Trop élevée elle pourrait freiner le développement des calculs à haute performance."

Que trouve-t-on à proximité d’un grand centre de recherche utilisant des superordinateurs? ... Des centrales nucléaires. C’est par exemple le cas à Knoxville, à une quarantaine de kilomètres du laboratoire américain d’Oak Ridge, dans le Tennessee. Parmi les limites de ces supercalculateurs capables d'effectuer des millions de milliards d’opérations de calcul par seconde, figure en effet leur énorme consommation en électricité. D'où le besoin de les installer non loin d'usines de production d'électricité. Mais cet enjeu est tel aujourd'hui qu'il en est devenu un défi technologique à part entière. "La puissance énergétique est devenue le nerf de la guerre. À tel point que l'on conçoit les supercalculateurs en fonction de la puissance énergétique qu'il sera possible de leur amener", souligne d’ailleurs Denis Gerrer, responsable HPC Europe du Sud dans une société américaine de processeurs informatiques.

Puissantes climatisations

Ces machines consomment de l’électricité, plus de 10 mégawatts par jour, ce qui équivaut à l'électricité nécessaire pour approvisionner 30 000 foyers en électricité durant la même période! Et la plupart de cette énergie de dissipe en chaleur. Il faut donc concevoir des composants résistants, et également mettre en place de puissantes climatisations (qui elles-mêmes consomment de l’énergie).

"À ce jour, la solution la plus efficace est de faire circuler de l’eau tiède près des machines", estime Michel Daydé, directeur de l’Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (IRIT). "10% de l’énergie mondiale est aujourd’hui utilisée pour l’IT. Or, à la vitesse de croissance actuelle, cela pourrait grimper rapidement à 20%. Cela n’est pas envisageable en l'état. Il faut donc faire évoluer la technologie", souligne-t-il. Certains ingénieurs travaillent donc à concevoir des processeurs qui peuvent se mettre en sommeil. D'autres oeuvrent sur la baisse de la fréquence de calcul des machines. Les recherches sur les supercalculateurs permettent, de fait, d’apprendre à mieux gérer l’énergie consommée par les équipements informatiques. Ces innovations peuvent ainsi profiter par la suite à des objets beaucoup plus proches du quotidien des particuliers. Les techniques développées pour les supercalculateurs sont ainsi employées dans le cadre du système d’hibernation – c’est-à-dire de mise en veille automatique – des téléphones portables.

En 5 ans, la consommation énergétique a été divisée par 30

"L’ambition actuelle est de réussir à ralentir suffisamment les processeurs pour que la consommation d’énergie varie linéairement avec la charge imposée à ces machines à un instant T", précise Michel Daydé. On n’en est pas là, mais les recherches progressent sans cesse. "La durée de vie d’un supercalculateur est de 4 à 5 ans. Passé ce laps de temps, il est bien plus rentable d'installer une machine plus moderne plutôt que conserver l'ancienne. Sur cinq ans, les progrès techniques réduisent la consommation énergétique par un facteur 32", précisait le PDG de Bull (Groupe Atos) Philippe Vannier, en mai, à La Tribune.

Cette avancée technologique n’est pas seulement un enjeu pour les constructeurs de supercalculateurs, les entreprises possédant d’immenses data centers à travers le monde sont aussi concernées à l'image des Amazon, Google, Microsoft et autres Facebook.

Reste enfin la question des climatisations. Actuellement, les systèmes de refroidissement font souvent grimper la facture d'électricité de 50 à 75 %. D’où le choix de géants de la Tech d’implanter leurs serveurs près du cercle arctique, à l’image de Google qui détient un centre au sud de la Finlande, à Hamina. L’Islande est aussi un lieu très prisé pour le stockage informatique.

Adeline Raynal