Pittsburgh Supercomputing Center démocratise le HPC as a service

Le calcul haute performance (HPC) peut être un outil puissant pour stimuler les innovations nécessaires pour trouver des remèdes aux maladies, protéger l'environnement et approfondir notre compréhension de l'univers. Mais, pour en maximiser l'impact, le HPC doit être accessible à tous les chercheurs et scientifiques. C’est pourquoi le Pittsburgh Supercomputing Center a tiré parti de la technologie HPE pour créer Bridges : un superordinateur aussi facile à utiliser qu'un ordinateur portable.

Logo du Pittsburgh Supercomputing Center

Miser davantage sur l'intelligence artificielle

Jusqu'à présent, l'intelligence artificielle est restée limitée par les volumes considérables de données et la puissance de calcul nécessaires pour exécuter des algorithmes. Bridges, le superordinateur du Pittsburgh Supercomputing Center, constitue un progrès puisqu'il permet aux chercheurs de s'attaquer aux grands problèmes concrets.

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Un casino à Pittsburgh. Quatre des meilleurs joueurs de poker mondiaux. Un programme d'intelligence artificielle appelé Libratus. Qui a gagné ? Pariez sur Libratus.

Le programme d'intelligence artificielle (IA), conçu par des chercheurs de Carnegie Mellon University (CMU), a mis au point une stratégie. Et durant les 20 jours qu’a duré le tournoi, Libratus a analysé chaque nuit ce qui s'était passé pendant la journée afin de s'adapter aux améliorations apportées par les humains dans leurs stratégies. Cette intelligence artificielle a désormais surpassé les meilleurs joueurs de poker humains. Bien que les promesses de l'intelligence artificielle nous interpellent depuis les années 1960, celle-ci a connu un progrès exceptionnel au cours des dernières années, notamment grâce aux nouveaux algorithmes d'IA.

Derrière Libratus, il y a un nouveau type de superordinateur, appelé Bridges. Créé par la National Science Foundation (NSF), Bridges a été conçu par le Pittsburgh Supercomputing Center (PSC) pour faire converger l'intelligence artificielle avec le HPC et le Big data, et les rendre accessibles aux chercheurs dans tout le pays. Bridges est non seulement super-puissant, mais il est également conçu pour être accessible via des interfaces logicielles qui ne nécessitent pas des compétences de programmation spécifiques. Le PSC met gratuitement Bridges à la disposition de la recherche pour un large éventail de secteurs : la génomique, les sciences sociales, ou encore dans certains cas l'industrie.

Les enjeux sont élevés. Tandis que le poker Texas Hold'em est devenu le critère essentiel pour évaluer le progrès des algorithmes en matière de raisonnement stratégique à partir d'informations incomplètes, les algorithmes utilisés pour y parvenir ne sont pas liés à des applications et s'appuient sur un hébergeur de paramètres essentiels au raisonnement stratégique. Le réel bénéfice sera pour la planète et ses habitants. Bridges démocratise le calcul haute performance en le rendant accessible et convivial. Seules les propositions les plus solides sont sélectionnées, via un processus très sélectif d'évaluation par des pairs. Les chercheurs utilisent Bridges pour étudier comment il est possible d'améliorer l'efficacité du réseau électrique, comment les espèces répondent aux changements dans l'environnement, les causes d'une maladie pulmonaire, et bien d'autres problèmes, qui étaient jusqu'alors trop grands pour être résolus.

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Un ordinateur bat les 4 meilleurs joueurs de poker

à hauteur de 17,2 millions de dollars

La National Science Foundation finance Bridges
  • "« Le projet Poker a examiné le raisonnement stratégique basé sur des informations incomplètes. Parmi les applications du monde réel, on peut noter la négociation, l'optimisation de la stratégie commerciale, la tarification stratégique, la cybersécurité et la planification des traitements médicaux ; mais comment amener les cellules T d'une personne à combattre le cancer ? »"

    Prof. Tuomas Sandholm, Fondateur et Directeur, Electronic Marketplaces Laboratory, Carnegie Mellon University, et Fondateur et PDG, Strategic Machine, Inc.

Le calcul haute performance pour résoudre les problèmes de hautement complexes

Le Pittsburgh Supercomputing Center fournit aux chercheurs un accès à des superordinateurs pour résoudre les problématiques les plus complexes en matière de sciences et d'ingénierie, comme le traitement de maladies et la protection de l'environnement.

Le PSC assure aux chercheurs des universités, des organismes publics et de l'industrie du pays tout entier un accès à des systèmes performants, souvent coûteux, dédiés au HPC, à l'analyse et à la gestion de données, et aux communications.

Le PSC donne la possibilité aux chercheurs de résoudre les problèmes les plus complexes en matière de sciences et d'ingénierie, comme le traitement de maladies, la protection de l'environnement, et d'autres problématiques cruciales auxquelles l'humanité doit faire face.

Le centre est un partenaire majeur du programme Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE), le programme de cyberinfrastructure de la National Science Foundation. Le PSC est né d'une collaboration entre la Carnegie Mellon University et l'University of Pittsburgh, et bénéficie du soutien d’agences fédérales, du Commonwealth of Pennsylvania et du secteur privé.

1986

Année de création

Environ 6 600

scientifiques et ingénieurs clés l’utilisent

10 824

subventions de recherche
  • "« Nos utilisateurs résolvent les problèmes sérieux dans les domaines liées à la maladie, aux tremblements de terre, à l’économie, à la sécurité. Ils le font sur des systèmes HPC/HPDA convergés de PSC, qui sont conçus sur mesure pour les applications d'aujourd'hui et de demain. »"

    Nick Nystrom, Directeur par intérim, Pittsburgh Supercomputing Center

Rapprocher le calcul haute performance avancé et les juniors de la programmation

Le PSC souhaitait rendre les ressources HPC plus accessibles à une partie plus large de la communauté de la recherche. Cela impliquait la création d'un superordinateur destiné aux personnes qui ont développé leurs connaissances dans les domaines de la science et de la recherche, et non celui de la programmation.

Détecter les cyberattaques. Traiter le cancer du sein. Prévoir les tempêtes violentes. Le point commun entre toutes ces épineuses problématiques, c'est leur complexité en termes de calcul. Aucun ordinateur ordinaire n'est capable de traiter des calculs à une échelle suffisamment grande pour permettre aux chercheurs de les comprendre. Et l'alternative, cette catégorie de systèmes ultra-puissants appelés superordinateurs, a tendance à être coûteuse et compliquée à créer et à gérer.

C'est là que le PSC entre en scène. Grâce au financement, entre autres, de la National Science Foundation, le PSC fournit gratuitement des ressources HPC aux chercheurs dans tous les domaines, depuis la neuroscience et les causes du cancer à la météorologie et l'économie nationale.

Les utilisateurs traditionnels du PSC étaient des ingénieurs, des chimistes et des physiciens, c'est-à-dire des personnes qui généralement apportaient des compétences HPC spécialisées. Maintenant, le PSC apporte ses ressources aux chercheurs qui sont spécialistes dans leurs domaines, mais qui n'ont jamais programmé un ordinateur. Pour toucher ces communautés, le PSC fournit la puissance HPC au travers des différents types d'interfaces logicielles, auxquelles les chercheurs sont habitués sur leurs ordinateurs portables.

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Frais d'utilisation des ressources PSC pour la recherche ouverte

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Programmation informatique requise pour utiliser le HPC
  • "« Nous voulions apporter le HPC aux personnes qui ne l'avaient jamais utilisé auparavant. Tout le monde a désormais accès à de grands volumes de données, comme les bases de données génomiques et les données des réseaux sociaux. Le calcul haute performance convivial leur permet d'exploiter ces données pour résoudre des problèmes complexes. »"

    Nick Nystrom, Pittsburgh Supercomputing Center

Offrir le HPC as a service

En créant Bridges, le PSC devait regrouper des niveaux révolutionnaires de stockage de calcul haute performance, de mémoire, et de puissance de traitement ; en outre, il fallait les rendre accessibles via des interfaces de bureau connues de la plupart des chercheurs.

Lors de la conception du nouveau superordinateur appelé Bridges, le PSC a dû faire face à deux types de défis techniques.

Le premier de ces défis était de regrouper des niveaux révolutionnaires de stockage de calcul haute performance, de mémoire et de puissance de traitement. Bridges requiert une mémoire considérable, par exemple pour accélérer l'assemblage de grandes séquences de génomes à partir de petits fragments d'ADN, et passer de quelques jours à quelques heures. Il doit effectuer des calculs rapides sur des problèmes répartis dans de petits composants, comme le calcul de la consommation d'énergie de centaines de bâtiments pendant plusieurs intervalles de temps. Il a besoin des capacités d'IA, comme celles utilisées par Libratus pour jouer au poker, appliquées aux problèmes liés à la biologie, la chimie et la science des matériaux.

L'autre défi était de permettre un accès à tout ceci via des applications, des langages et des modèles de recherche déjà connus des chercheurs. Ceux-ci comprenaient des outils logiciels tels que Python, R, MATLAB et des passerelles basées sur navigateur, utilisés par des dizaines de milliers de chercheurs. Cet accès sans obstacle permet aux chercheurs de renforcer leurs projets actuels sans devoir acquérir des compétences HPC spécialisées.

Une puissance sans précédent à portée de main : le PSC a voulu créer le HPC as a service.

1,35

pétaflops de vitesse de calcul

10 pétaoctets

de stockage persistant permettent la gestion avancée de données et la collecte des données de la communauté

96

GPU haut de gamme
  • "« Nous voulions réunir une large mémoire, des GPU, et un nombre élevé de nœuds, pour que les chercheurs puissent exécuter les analyses qu'il leur était impossible d'effectuer d'une autre manière. Et nous voulions leur assurer un accès par navigateur Web pour qu'ils n'aient pas besoin de devenir des programmeurs. »"

    Nick Nystrom, Directeur par intérim, Pittsburgh Supercomputing Center

La puissance du calcul haute performance et la simplicité d'un ordinateur portable

Bridges est une ressource unique et facile à utiliser qui permet de donner les moyens de travailler à diverses communautés grâce à la convergence du HPC et du Big Data.

Le système HPC phare du PSC, appelé Bridges, exécute des applications qui accélèrent les découvertes dans les sciences physiques, la biologie, l'économie, le commerce et la règlementation associée, et même les sciences humaines.

Bridges est la seule ressource à l'échelle du pétaflop capable de donner les moyens de travailler à diverses communautés grâce à la convergence du HPC et du Big Data. Son ensemble hautement connecté de nœuds interactifs et de systèmes de stockage actifs offre une flexibilité exceptionnelle pour l'analyse des données, la simulation, l'exploitation de l'interactivité, le calcul parallèle, le moteur de traitement Spark et l’environnement Hadoop. Des processeurs de traitement graphique NVIDIA (GPU) permettent un apprentissage approfondi et une accélération des simulations. Bridges est un système « hétéroclite » : grâce au logiciel conçu par le PSC et à la nouvelle architecture Omni-Path d'Intel, les scientifiques peuvent appliquer différentes parties du superordinateur à différents segments de leurs problèmes informatiques, ce qui permet une réutilisation productive des applications existantes et une accélération des résultats.

De plus, Bridges est conçu pour prendre en charge des logiciels et des environnements faciles d’utilisation et connus à la fois des utilisateurs HPC traditionnels et non traditionnels. Le calcul haute performance est aussi facile à utiliser qu’un ordinateur portable.

Environ 400

chercheurs utilisent actuellement Bridges

153

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  • "En collaborant avec HPE Pointnext, nous avons pu identifier précisément les solutions de serveurs Hewlett Packard Enterprise, associées à l'Architecture Omni-Path, qui nous permettraient de faire de Bridges une réalité."

    Nick Nystrom, Directeur par intérim, Pittsburgh Supercomputing Center

Le gagnant du jackpot : nous tous

De nombreux projets ont pu bénéficier de nouvelles informations essentielles.

Depuis 1986, plus de 36 000 utilisateurs, 6 800 scientifiques et ingénieurs clés et plus de 11 000 subventions différentes à 1 525 sociétés affiliées et centres de recherche répartis dans 53 états et territoires ont utilisé les ressources de calcul de PSC. Une génération après l'autre, il s'agit d'une évolution vers une mémoire plus importante et un traitement plus rapide permettant un meilleur stockage des données et une meilleure accessibilité. Bridges est actuellement le meilleur.

Quatre fois par an, les chercheurs peuvent demander un créneau horaire sur Bridges. Différents projets ont été lancés de cette manière. Une équipe est en train d’explorer les facteurs qui causent le cancer et les maladies pulmonaires mais aussi les fonctions cérébrales en s'appuyant sur la génomique, l'imagerie et d'autres données Big Data. Une autre d’étudier des centaines de milliers de documents historiques pour découvrir des informations sur l'histoire et les expériences personnelles des femmes noires aux États-Unis depuis 1700. Et une autre encore d’étudier le comportement des neutrinos pour avoir des informations nouvelles sur les lois fondamentales de la physique et sur l'origine de l'univers.

Il ne s'agit plus de poker, il s'agit de la vie. Le gagnant du jackpot, c'est l'humanité toute entière.

  • "Nous voyons également des personnes étudiant la philosophie, l'anglais, les sciences politiques, l’économie et le commerce ; elles contribuent toutes d'une manière encore jamais vue auparavant et abordent des problématiques qui touchent nos vies à tous."

    Nick Nystrom, Directeur par intérim, Pittsburgh Supercomputing Center

Recette de la solution

Une nouvelle ère du calcul haute performance

Conçu par le PSC et fabriqué, mis en rack, testé selon les spécifications du PSC par HPE Pointnext, Bridges tire parti des technologies avancées de HPE, Intel et NVIDIA pour entrer dans une nouvelle ère du calcul haute performance et s'attaquer aux défis les plus complexes au monde.

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