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Grille de production : les petits PC du LHC

Des centaines de milliers de PC ordinaires, raccordés en réseau et répartis en quelque 300 points de la planète, traitent et emmagasinent les milliards de données émises quotidiennement par le LHC, le plus puissant accélérateur de particules au monde. Une solution technologique qui porte le nom de « grille de production » et qui a le vent en poupe !

Anticiper les besoins du LHC

En 1994, alors que le Conseil du CERN vient d'approuver la construction du plus grand accélérateur de particules au monde, le futur LHC, une énigme est posée à la communauté des physiciens : comment traiter les données des expériences qui y seront menées ? Car à raison de 40 millions de collisions de particules par seconde, 24 heures sur 24, le volume d'informations produit promet d'être gigantesque et des milliers de physiciens, aux quatre coins de la planète, doivent pouvoir suivre ces résultats au quotidien. L'ouverture du LHC est programmée pour 2005, le temps presse.

L'idée de répartir les calculs et les stocks de données dans des ordinateurs géographiquement dispersés s'impose rapidement comme la solution technique idéale mais elle reste à l'époque irréaliste : les réseaux ne sont pas assez puissants pour transporter de tels flots d'informations. A tel point qu'il est un moment envisager de faire voyager ces données… par avion ! Mais au début des années 2000, le miracle advient : la capacité des réseaux passe en quelques mois de quelques mégabits à plusieurs gigabits par seconde, une puissance désormais suffisante pour alimenter, sans perte de temps ni de données, des centres de calcul et de stockage dispersés.

L'architecture de la grille

Les microprocesseurs Les microprocesseurs sur un des quinze sites français de la grille. © CNRS

La grille de production française rassemble aujourd'hui plus de 22 000 processeurs et 14 millions de gigaoctets de stockage répartis en une quinzaine de « nœuds » informatiques. Ces nœuds sont hébergés, en différents lieux du territoire, dans les locaux d'organismes scientifiques ou universitaires, partenaires de la grille, et sont raccordés entre eux par le réseau Renater. Les processeurs tournent sous Linux.

Les partenaires français de la grille sont : le CEA, le CNRS, l'Inra, l'Inria, l'Inserm, Renater, le CPU (Conférence des présidents d'université), le ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche. Proportionnellement à l'usage qu'il fait de la grille, chaque partenaire en finance une partie et choisit s'il préfère consacrer les microprocesseurs dont il est virtuellement « propriétaire » à des activités de calcul, de stockage ou aux deux. À l'échelle mondiale, la grille de calcul est constituée de plus de deux cents sites situés sur trois continents (200 sites en Europe, une cinquantaine en Amérique et en Asie), hiérarchisés en différents niveaux : au niveau 0, le centre du Cern récupère les données brutes produites par les détecteurs, les stocke et les redistribue au niveau 1 ; celui-ci est constitué de onze centres de calculs dits « centres névralgiques », disponibles 24 heures sur 24, qui assurent la pérennité des données et réalisent un premier traitement avant de les transmettre aux centres des niveaux 2 et 3, où se fait l'analyse physique proprement dite.

La France tient une place importante dans la grille de calcul du LHC avec le Centre de Calcul de l'IN2P3/CNRS (situé à Villeurbanne, près de Lyon), un des onze centres de premier niveau, et avec sept sites de niveau 2, dont Marseille et deux centres de niveau 3 à Grenoble et à Lyon.

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</video> Visualisation du mouvement des données sur la grille, à l'échelle mondiale Images commentées par Guy Wormser, fondateur et premier directeur de l’Institut des grilles du CNRS © © France Grilles

Le 1er janvier 2001, le projet européen Datagrid voit le jour avec, pour mission, d'élaborer et d'organiser la future « grille de production » informatique : aménager une infrastructure matérielle (ordinateurs et réseaux) robuste et fiable, développer le logiciel qui servira d'interface aux chercheurs pour exploiter les données, assurer la sécurité du système. 

Pendant quelques années, raconte avec humour Jean-Pierre Meyer du CEA, le système imaginé « tombe en marche de temps en temps ». 

En 2004, les problèmes majeurs sont résolus et la grille est opérationnelle : quinze sites français reliés par le réseau Renater et raccordés au réseau européen ont été choisis pour héberger les microprocesseurs, et le logiciel utilisateur est prêt.

L’ouverture à d’autres disciplines

La grille n’est pas un outil uniquement réservé aux physiciens En 2005, la grille est utilisée pour calculer les probabilités d’ancrage de 300 000 composés chimiques sur 8 structures différentes d’une enzyme qui aide le virus de la grippe aviaire (H5N1) à proliférer. 2000 ordinateurs dans le monde entier effectuent en un mois, l’équivalent d’une centaine d’années de calcul sur un ordinateur classique. Capture d'écran lors du fonctionnement de la grille pour cette opération.

Alors que le chantier du LHC prend du retard, la grille française et européenne qui portera jusqu'en 2008 le nom de EGEE (pour Enabling Grids for E-sciencE) est prête et d'autres disciplines que la physique des particules s'en saisissent déjà.

En avril 2005 par exemple, en pleine menace de grippe aviaire, des laboratoires asiatiques et européens mobilisent la grille pendant un mois pour tester 300 000 médicaments potentiels contre le virus H5N1.

Car à l'inverse des supercalculateurs dont les créneaux horaires sont réservés longtemps à l'avance, le système de grille offre une plus grande flexibilité. Une partie de la force de calcul peut être allouée dans l'urgence à une tâche non programmée. La grille européenne est ainsi sollicitée lors des tremblements de terre pour rassembler et analyser les données et évaluer en moins de 24 heures les risques de répliques.

 

Vers de nouveaux usages

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