Depuis que l’homme sait compter, il a toujours cherché à améliorer sa façon de calculer afin de limiter ses erreurs et d’économiser son temps bien sûr, mais surtout pour effectuer des calculs de plus en plus nombreux et compliqués. D’autant que les calculs mathématiques, quelle que soit leur nature (algébrique, arithmétique, logique,…) lui ont permis de comprendre, de gérer, et souvent même modéliser et de prévoir la plupart des lois qui régissent notre univers, de la simple opération de comptabilité aux phénomènes astrophysiques les plus complexes ! Dès l’aube des premières civilisations, l’Homme a donc inventé une machine à calculer à sa place.
Le boulier, ce vénérable ancêtre
Le boulier est sans doute une des plus vieilles machines à calculer de l’histoire de l’humanité. Avant son apparition, les hommes calculaient en traçant des signes sur des surfaces meubles, puis en manipulant des objets divers. Dans l’antiquité (400 av JC), on utilisait des tablettes recouvertes de sable ou de poussière, les « abaques » (du grec abax : sable), avant que n’apparaisse le premier boulier de l’histoire, vers 300 av. JC. Quelques siècles plus tard, on y introduit des galets ou des jetons glissant sur des rainures, et ce n’est qu’au moyen âge qu’il prendra sa forme définitive, en Chine, sous la Dynastie de Ming (14ème siècle) pour être largement utilisé dans le commerce. Il fut longtemps employé et l'est encore aujourd'hui en Chine et au Japon, avec une remarquable habileté !
Du calculateur manuel à l’ordinateur scientifique en 200 ans…
Plusieurs siècles plus tard, les premières machines à calculer mécaniques font leur apparition en Europe et connaissent une évolution fulgurante jusqu’à nos jours, mettant fin à plus de 7000 ans de calcul manuel.
En 1820 apparaissent les premiers calculateurs à quatre fonctions : addition, soustraction, multiplication et division. Ceux-ci sont rapidement dotés de claviers pour saisir les données puis des moteurs électriques viennent remplacer les manivelles pour faire fonctionner le tout ! Jusque dans les années 1940, qui voient naître aux États-Unis les tout premiers modèles d'ordinateurs. Le premier a été mis au point en 1941 par un ingénieur allemand du nom de Konrad Zuse mobilisé dans les usines d’aviation Henschel. Avec son équipe, il met au point le Z3, le premier calculateur avec programme enregistré, caractéristique qui permet de le considérer comme le premier véritable ordinateur. Cette machine pouvait réaliser 4 additions par seconde et une multiplication en 4 secondes. Trois décennies plus tard, en 1976, l’américain Seymour Cray conçoit le CRAY 1, ordinateur scientifique doté d’une puissance de calcul qui lui permet d’effectuer quelque 166 millions d’opérations en virgule flottante à la seconde.
Un calculateur scientifique, pour quoi faire ?
Au fil du temps et des découvertes, les calculateurs se sont transformés en supercalculateurs pour atteindre des puissances et des vitesses de calculs que les scientifiques eux-mêmes n’avaient pas envisagés. La performance d’un calculateur scientifique s’apprécie en termes de fréquence du processeur, c’est-à-dire de la vitesse à laquelle il effectue les opérations élémentaires.
|
|
|
|
FOCUS
Un calculateur pour mieux connaître les réservoirs d’hydrocarbures en profondeur
Le groupe Total s’est doté d’un calculateur haute performance d’une puissance de 123 TeraFlops 1 associé à une capacité de stockage de 1 Po (Péta-octet = 1015 octets), ce qui le place dans les premières entreprises mondiales en termes de puissance informatique scientifique. Cet investissement vise à accroître l’efficacité et la capacité de traitement des données nécessaires à l’exploration et à la production d’hydrocarbures. La chaleur dégagée par ce calculateur sera récupérée et réutilisée pour chauffer une partie des bâtiments du Centre Scientifique et Technique de Total à Pau (France), où le calculateur est installé. Au service de l’Imagerie Sismique en Profondeur 2, ce calculateur permettra d’affiner la connaissance des réservoirs d’hydrocarbures en profondeur. Il sera plus particulièrement dédié à l'exploration de zones présentant des structurations géologiques complexes, plus difficiles à étudier et présentant donc des enjeux (actuels et futurs) très importants.
La France bientôt 3ème puissance de calcul au monde !
Le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) a conclu avec IBM un accord pour l'acquisition et le déploiement d'un supercalculateur qui dotera la France, hors usages militaires, du troisième calculateur mondial après les Etats-Unis et l'Allemagne, a annoncé le 3 janvier dernier le ministère de la Recherche. Le CNRS passe, grâce à cet accord, d'une puissance de 6,7 Teraflops 1 à un total de 207 Teraflops 1, soit des centaines de milliers de milliards de calculs à la seconde. Ce calculateur s'intègrera également dans le réseau de calculateurs européens.
De son côté, le Centre informatique national de l'enseignement supérieur (CINES) de France, basé à Montpellier, sera équipé dès juillet 2008 d'un nouveau supercalculateur d'une puissance de 147 teraflops 1.
Avec l'acquisition de ces supercalculateurs, la France rattrape son retard dans ce domaine, passant de la 5ème place mondiale fin 2007 en termes de calcul intensif à la 3ème : la recherche académique française et la communauté scientifique dans son ensemble, quels que soient les établissements d'appartenance ou les disciplines, va aujourd'hui pouvoir disposer d'une capacité totale de 470 téraflops,
Source
|
|
|
|
|
|
|
La limite du mille milliards d’opérations en virgule flottante (par seconde) a explosé dans les années 2000 pour atteindre aujourd’hui des centaines de téraflops1
Ces supercalculateurs sont utilisés par les très grandes entreprises et instituts de recherches, afin de traiter d'énormes quantités de données capables de générer des simulations dans des domaines très différents tels que la météorologie, l'aérospatiale, la géologie, la sismologie, ou bien encore la génétique. Cette puissance de calcul ouvre en effet des portes pour travailler aux grands défis de la recherche et de l’industrie, dont voici quelques exemples :
La chimie ou la biologie : Une augmentation d'un facteur 100 de la puissance de calcul devrait permettre par exemple de mieux comprendre et contrôler la combustion dans l'air des hydrocarbures.
Les neurosciences : le calculateur est utilisé en collaboration avec un centre d’imagerie pour cartographier la structure et les fonctions du cerveau humain.
Les Sciences de la Terre : pour la simulation de l'écorce terrestre et de la tectonique des plaques afin d'améliorer notre compréhension des tremblements de terre et des éruptions volcaniques.
Astrophysique : pour la compréhension de l’univers, en recréant la formation des étoiles et des planètes.
Archéologie : pour dater au carbone de façon précise les sites préhistoriques.
Energies renouvelables : pour modéliser les processus hydrodynamiques utilisables pour les systèmes marémoteurs, des modèles similaires pouvant être utilisés pour la prévision des inondations.
Et demain un supra-calculateur ?
Les scientifiques du Laboratoire National Américain de Los Alamos ont annoncé la réalisation d'un supercalculateur dépassant la "barrière du petaflop", ce qui en fait l'ordinateur le plus puissant au monde, capable d'exécuter plus de 10^15 opérations par seconde (un million de milliards).
Grâce à ces supercalculateurs nous avons et aurons des données plus précises sur le monde qui nous entoure. Ces progrès auront un impact durable sur la compréhension de notre univers et par là même sur notre quotidien.
Lexique
1. un Teraflop équivaut à 1000 milliards d'opérations par seconde.
2. Activité qui regroupe les techniques et les méthodes les plus sophistiquées actuellement mises en oeuvre dans l’industrie pétrolière, pour l’exploration du sous-sol. |
|