La société civile GENCI apporte un soutien technique et logistique aux communautés de recherche ouverte, industrielle et académique, via l’aide de supercalculateurs. Une activité passionnante au cœur de défis majeurs… et potentiellement très intéressante pour les startups et PME.
Comment aider à comprendre le monde et toutes ses composantes ? Société civile fondée en 2007, GENCI (Grand Équipement National de Calcul Intensif) a pour objectif de favoriser l’usage du calcul intensif associé à l’intelligence artificielle au bénéfice des communautés de recherche académique et industrielle, au niveau national et européen. La société - détenue à 49% par l’Etat - met à disposition des supercalculateurs, des moyens de calcul et de stockage souverains et de dernière génération, qui permettent de réaliser des travaux de pointe nécessitant l'utilisation de la modélisation par la simulation numérique, le traitement de données massives, l’intelligence artificielle et bientôt l’informatique quantique.
« Pour donner un exemple des applications possibles de notre offre, pensez aux simulations climatiques dans le cadre des études du GIEC, explique Philippe Lavocat, ingénieur-physicien qui a dirigé depuis 1984 de nombreux projets internationaux au CEA et au CNRS dans l’instrumentation scientifique complexe des domaines de la physique des hautes énergies et des missions spatiales, et désormais à la tête de GENCI. Les études du GIEC tendent à décrire entre autres les interactions entre l’atmosphère, les surfaces, les océans et les phénomènes anthropiques, elles rassemblent des données avant de les numériser et de résoudre des équations complexes, et mélangées. Un simple PC ne suffit pas, il faut absolument l’aide d’un supercalculateur ».
Un supercalculateur ? Afin de se faire une idée, il faut imaginer la fusion d’un ensemble de plusieurs dizaines de milliers d’ordinateurs. « C’est comme prendre toute leur puissance cumulée, les densifier, les optimiser, et les fédérer par un réseau à très haut débit, illustre Stéphane Requena, directeur technique et innovation à GENCI. Ces machines possèdent des configurations extrêmement denses, très optimisées au niveau de la consommation énergétique ». Au niveau national, GENCI fédère trois supercalculateurs. Ces concentrés de technologies servent à résoudre très rapidement des problèmes, soit unique, soit multiples à l’occasion d’études paramétriques via notamment des simulations numériques.
Une aide salutaire dans de multiples secteurs
La simulation numérique constitue un domaine hautement stratégique, englobant tous les domaines scientifiques, voire plus. Elle permet des avancées considérables dans les domaines de la science (climat, astrophysique, chimie, énergie, biologie) et de l’innovation (automobile, aéronautique, pharmacologie). Dans un milieu concurrentiel, la France tente de tirer son épingle du jeu et de rester au contact des géants américains et asiatiques. « En termes de retour scientifique, il y a un très bon retour d’excellence au niveau mondial des équipes françaises par exemple dans le monde du climat, de la physique et des matériaux » affirme Philippe Lavocat.
L’excellence française a également été saluée sur les études de l’aide à la décision, notamment après le séisme de l’Aquila, en Italie. En 2009, à la suite d’un violent tremblement de terre, les autorités italiennes ont sollicité l’assistance d’un supercalculateur français. Car si on ne peut pas encore prédire les séismes, on peut estimer les répliques. C’est le travail salutaire et réussi brillamment supporté par GENCI, qui a fait tourner différents scénarios permettant de pouvoir mettre de côté les populations dans les zones sûres.
La simulation numérique se montre qui plus est particulièrement utile pour un enjeu désormais bien connu : la lutte contre la covid-19. Dès le mois de février 2020, quand l’alerte rouge a été déclenchée au niveau mondial dans le monde scientifique, GENCI a immédiatement mis à disposition ses capacités au bénéfice des épidémiologistes et chercheurs en biologie-santé. Actuellement, 40 projets autour du nouveau coronavirus tournent sur les trois machines françaises. Dans le cadre d’un programme européen et mondial, les supercalculateurs de GENCI ont aidé à identifier le virus et son mécanisme de propagation à l’intérieur d’une cellule, à proposer des études virtuelles permettant de sélectionner des molécules les plus efficaces contre la pandémie, et dernièrement à accompagner les premières études nécessaires à la fabrication des vaccins. Car la simulation numérique dispose d’un atout majeur : elle peut simuler des interactions sur des milliards de molécules.
« Nous sommes en quelque sorte des outils stratégiques au service de la recherche, résume Philippe Lavocat. La France dispose de tous les éléments pour rayonner dans ce secteur, car elle possède toutes les communautés scientifiques, dont des compétences en intelligence artificielle, primordiale dans ces études, mais aussi des constructeurs qui développent les outils. Il y a une grande intensité de travail pour monter des développements aussi bien au niveau des technologies de base, des machines et des logiciels ».
Mais le grand défi reste… l’humain. Pour pouvoir développer les outils de simulation et de modélisation, la France et l’Europe sont dans la nécessité de réfléchir aux compétences de demain et de former les scientifiques de toutes les disciplines. « Former toute cette génération de futurs ingénieurs et chercheurs est un enjeu crucial, développe le PDG de GENCI. Devenir biologiste est déjà complexe, mais il faut en plus rajouter les techniques numériques. C’est un défi humain passionnant, car nous traitons des métiers extraordinaires. Il faut renouveler le réservoir et l’amplifier, être capable dans chaque pays européen de mettre des moyens, à un moment où les budgets se resserrent en Europe alors que des investissements massifs se font en Chine et aux Etats-Unis ».
Par le passé, la France a pris du retard dans ce domaine. C’est en réponse à ces décrochages que GENCI a été créée en 2007, afin de fédérer les forces hexagonales. Aujourd’hui, la société est composée de 16 salariés dont les profils sont scientifiques, ingénieurs et administratifs. A cela, il faut ajouter les personnels des trois centres de calcul nationaux (CNRS, CEA, CPU) qui hébergent et opèrent les supercalculateurs, soit environ 150 personnes. Et les pays européens travaillent main dans la main pour doter le continent d’au moins deux machines de prochaine génération, dite « Exascale », capable d’effectuer des milliards de milliards d’opérations par seconde. La France a annoncé qu’elle sera candidate à l’hébergement de cette machine et GENCI s’est vue confier la tâche de la représentation nationale.
Au chevet des PME
Loin de se cantonner au monde de la recherche scientifique, GENCI offre également une réelle valeur ajoutée au secteur industriel, en particulier en direction des PME. La société civile se situe en effet à la frontière entre le calcul pour la recherche et la production, et environ 15% de ses projets sont liés à des activités industrielles. « La quasi-totalité des industriels que nous avons aidé à monter à l’échelle européenne ont été sélectionnés pour accéder à de puissantes machines, y compris des petites start-up, se réjouit Philippe Lavocat. Nous pouvons servir de tremplin, de chambre d’échos et de mise en relation pour développer le calcul industriel et la production ».
Récemment, GENCI a collaboré sur un projet fédérant le laboratoire Cerfacs à Toulouse, l’entreprise Safran, et une PME du Sud-Ouest, Akira Technologies. A l’aide du supercalculateur Joliot-Curie (au CEA-TGCC) de GENCI, le quatuor a réalisé une première mondiale : la simulation complète d’une turbine d’avion comprenant chaque élément des différents étages. « Cette simulation a demandé 16 millions d’heures de calcul sur notre machine Joliot- Curie, précise Stéphane Requena. L’enjeu est important car ces travaux visent à optimiser le fonctionnement des moteurs, à les rendre moins gourmands en kérosène, plus sûrs, moins bruyants. Cela rentre complètement dans les plans de relance de l’aéronautique ».
Et Philippe Lavocat de conclure : « Quand GENCI distribue deux milliards d’heures de calculs par an, c’est l’équivalent de 70 000 ans de calcul sur un ordinateur fonctionnant 24 heures sur 24 ! C’est un facteur d’accélération colossal pour le monde industriel. GENCI est un accélérateur de science, présent pour réaliser des choses impossibles en des temps humains sur de simples ordinateurs, et démontre l’intérêt des transferts de technologies entre le monde de la recherche et celui de l’entreprise ».
Supercalculateur JEAN ZAY – Hébergé et opéré par l’IDRIS, centre de calcul du CNRS
Crédits Cyril FRESILLON/IDRIS/CNRS Photothèque
Supercalculateur OCCIGEN – Hébergé et opéré par le CINES, centre de calcul des universités - Crédits CINES
Supercalculateur JOLIOT-CURIE – Hébergé et opéré par le TGCC, centre de calcul du CEA
Crédits P.Stroppa/CEA
Première simulation haute fidélité 360 degrés d’un moteur complet
Le projet FULLEST 2020 a bénéficié de 31,6 millions d’heures de calcul sur le supercalculateur Joliot-Curie hébergé et opéré par le TGCC/CEA. Cette première mondiale permet de mieux comprendre les interactions entre les composants du moteur.
Crédits: Pérez Arroyo at al.
Projet de lutte contre le Covid-19
40 000 heures GPU lui ont été attribuées sur le supercalculateur Jean Zay hébergé et opéré par l’IDRIS/CNRS.
Protéase majeure (Main protease Mpro) simulée par dynamique moléculaire de nouvelle génération avec le logiciel Tinker-HP
Crédit image : Laboratoire de Chimie Théorique, Sorbonne Université
Laboratoires impliqués :
- Laboratoire de Chimie Théorique, Sorbonne Université, UMR CNRS 7616, France.
- Laboratoire Jacques Louis Lions, Sorbonne Université, UMR CNRS 7598, France.
- Laboratoire GBCMCNAM, Hésam Université, EA 7528, France.
- Computational Biomolecular Engineering Laboratory, Department of Biological Engineering, UT Austin, USA