Qu’est-ce que le calcul haute performance dans le cloud ?

HPC en nuage

Calcul Haute Performance

Le calcul haute performance (HPC) est l’une des technologies les plus efficaces utilisées par les scientifiques, les chercheurs et les ingénieurs pour développer les innovations modernes les plus avancées et les plus urgentes. Le HPC est souvent utilisé pour décrire les outils matériels et logiciels utilisés pour modéliser numériquement ou simuler de nouveaux produits ainsi que leurs performances dans le monde physique. À partir du milieu des années 1900, l’invention d’ordinateurs puissants combinée à de nouvelles techniques d’ingénierie a transformé la manière dont les technologies avancées, les produits du quotidien et même les infrastructures urbaines sont conçus, optimisés et fabriqués.

Pendant des décennies, le HPC a été utilisé principalement par de grandes organisations disposant d'un financement important et de grandes équipes informatiques nécessaires pour prendre en charge des supercalculateurs complexes et de larges piles de matériel et de logiciels. Grâce à l'infrastructure de cloud computing, toute entreprise a accès à des combinaisons pratiquement illimitées de matériel spécialisé depuis n'importe où avec des modèles d'abonnement à la demande, réduisant considérablement les barrières à l'entrée de ces technologies transformationnelles.

Le HPC passe au cloud

Le Cloud HPC a changé la façon dont les entreprises fournissent des ressources pour les initiatives de recherche et développement en raison de ses avantages en termes d'agilité et de flexibilité de déploiement et de gestion. Comparé aux superordinateurs, aux clusters HPC et aux postes de travail sur site, le HPC cloud peut être acheté et déployé plus rapidement et peut être facilement modifié en fonction des besoins de l'organisation à tout moment. Cloud HPC élimine le besoin d’investissements initiaux coûteux en capital et en temps pour démarrer des projets stratégiques et urgents. Aujourd'hui, environ 70 % des organisations interrogées ont intégré le cloud dans leurs pratiques HPC, et plus de 50 % d'entre elles déclarent une utilisation cohérente (Source : 2022 State of Computational Engineering Report).

À mesure que l'infrastructure cloud mondiale a évolué en termes d'échelle et de capacités, les praticiens HPC, les responsables informatiques et les chefs d'entreprise ont découvert des avantages supplémentaires liés à l'adoption du Cloud HPC. De l’amélioration de la collaboration et de l’expérience utilisateur à l’amélioration des rapports et de la gestion, le Cloud HPC peut améliorer la productivité des utilisateurs finaux, réduire les risques opérationnels et, à terme, accélérer la mise sur le marché. Les portefeuilles matériels et logiciels HPC des organisations sont de plus en plus spécialisés et diversifiés, ce qui amène de nombreuses organisations à tirer parti des stratégies multicloud pour optimiser en permanence leurs charges de travail applicatives afin d'augmenter les performances et/ou de réduire les coûts. Face à la forte demande d'ingénierie assistée par ordinateur et à l'explosion des nouvelles techniques d'IA/ML, les leaders technologiques se tournent vers le cloud HPC pour réduire les risques liés à leurs opérations et garantir que leurs projets les plus importants disposent du matériel dont ils ont besoin pour réussir. 

Les chefs d'entreprise qui envisagent des investissements stratégiques dans l'informatique devraient envisager le cloud HPC pour optimiser l'efficacité opérationnelle globale. À l'instar de la façon dont le cloud a transformé de nombreux autres aspects de la technologie d'entreprise, le cloud HPC permet un accès, une surveillance, une gouvernance et des prévisions instantanés, le tout à partir d'un seul écran depuis un navigateur, partout dans le monde. Cette agilité et cette flexibilité constituent un avantage concurrentiel incontestable qui permettra de nouvelles découvertes pour les organisations qui adoptent des stratégies HPC axées sur le cloud.

Cas d'utilisation HPC courants pour la R&D et l'ingénierie

Le calcul haute performance offre aux ingénieurs, aux scientifiques et aux chercheurs de nouvelles méthodes pour résoudre numériquement des problèmes du monde réel, éliminant ainsi le besoin de construire des prototypes coûteux à tester physiquement. L'utilisation d'analyses et de simulations à forte intensité de calcul – souvent appelées sciences et ingénierie informatiques ou ingénierie assistée par ordinateur – s'est étendue à presque toutes les industries, de l'aérospatiale et de la défense à l'automobile, en passant par les sciences de la terre, l'énergie, les sciences de la vie, la fabrication et bien d'autres encore. industries qui impliquent la fabrication de biens physiques. L’avenir de la science et de l’ingénierie informatiques continuera probablement de se développer avec de nouveaux cas d’utilisation à mesure que les praticiens développeront de nouvelles applications conduisant à de nouvelles découvertes à des vitesses plus rapides. Le HPC est souvent associé aux cas d'utilisation suivants dans les secteurs mentionnés ci-dessus :

Industrie aerospatiale

La conception et la construction de nouveaux avions destinés au transport ou à l’exploration spatiale impliquent l’utilisation du HPC pour optimiser presque tous les composants. De l’optimisation de la portance et de la propulsion à la réduction de la traînée et du poids, les efforts modernes de R&D visent à rendre le transport aérien plus sûr et plus efficace afin qu’il soit accessible à un plus grand nombre de personnes. Le HPC est couramment utilisé pour tout tester numériquement, de l'aérodynamique à la rigidité structurelle, en passant par le poids et les trajectoires de lancement (alias balistique), ce qui rend les chances de réussite des missions plus élevées que jamais. Les tendances actuelles en matière de recherche et de développement aérospatial incluent le décollage et l'atterrissage verticaux, la mobilité aérienne urbaine, l'électrification, les systèmes super et hypersoniques, à flèche basse et autonomes. Ces dernières années, la commercialisation des voyages spatiaux et de l’industrie spatiale est devenue plus efficace que jamais grâce à l’accès accru au HPC pour la simulation numérique. Alors que les vitesses plus rapides et la durabilité sont prioritaires, HPC aérospatial jouera sans aucun doute un rôle dans le développement de nouveaux propulseurs et matériaux pour véhicules. Le lancement de satellites et d’autres infrastructures spatiales est devenu un objectif majeur de la R&D pour rendre les missions en orbite terrestre basse (LEO), sur la Lune et sur Mars non seulement réalisables, mais également économiques et sûres.

Automobile

Peu de produits de consommation font l’objet d’autant de R&D et d’ingénierie perfectionnés que les voitures, camions et autres véhicules à roues d’aujourd’hui. Avec des milliards de véhicules en circulation dans le monde, l'optimisation des performances et de l'efficacité automobile est essentielle pour être compétitif sur le marché actuel. L'utilisation du HPC est omniprésente parmi les constructeurs et équipementiers automobiles dans la course à la construction de meilleures transmissions, châssis, systèmes de sécurité et de nouveaux systèmes électrifiés et autonomes pour rendre la conduite plus confortable, plus sûre et plus propre pour l'environnement. Un exemple courant de HPC automobile est l'utilisation de la dynamique des fluides computationnelle (CFD) pour améliorer la combustion du moteur et elle est même utilisée dans l'esthétique et le confort des créatures, comme l'optimisation des courbures de la carrosserie et des roues pour l'attrait visuel et l'aérodynamisme. Même les implications acoustiques de divers matériaux et méthodes de moulage par injection et de coulée sont testées numériquement avant le début de la production en série. À mesure que les véhicules deviennent plus autonomes et connectés, les ingénieurs simulent les nombreux capteurs, antennes et semi-conducteurs nécessaires pour naviguer en toute sécurité dans des environnements complexes. Les réactions chimiques des sources d'alimentation par batterie peuvent être testées ainsi que les propriétés thermodynamiques pour éviter la surchauffe et les rappels potentiellement coûteux dus à des défauts. Alors que de plus en plus de nouveaux entrants commencent à tester des véhicules de production, le HPC est de plus en plus utilisé dans l'analyse par éléments finis (FEA) ou la modélisation par éléments finis (FEM) pour l'analyse structurelle dans les crash tests effectués virtuellement. Cela peut réduire le besoin d’acheter ou de louer du matériel coûteux pour écraser un véhicule parfaitement fonctionnel, conduisant finalement à des économies de coûts et probablement à des vies sauvées.

Energie

La demande mondiale d’énergie n’a cessé d’augmenter au cours des 100 dernières années et, à mesure que de plus en plus de pays se modernisent rapidement, nous aurons besoin de nouvelles innovations en matière de production, de stockage et de distribution d’électricité. L'informatique a de vastes implications dans le secteur de l'énergie avec des objectifs allant de l'amélioration des méthodes utilisées pour trouver et extraire les combustibles fossiles à l'amélioration de l'efficacité de nos réseaux électriques. Avant que l’informatique moderne ne soit introduite dans les études géologiques, la découverte des gisements de pétrole était invasive, alors que les techniques modernes de modélisation sismique 3D ont un impact minimal et sont beaucoup plus précises. La majorité de la production et de la consommation mondiale d'énergie provenant de combustibles fossiles (notamment le charbon, le pétrole, le gaz naturel et d'autres gaz), les ingénieurs ont travaillé dur pour minimiser les externalités environnementales et maximiser le rendement de ces systèmes, y compris à terre et en mer. -extraction pétrolière à terre. Sans aucun doute, la nécessité de développer de nouvelles sources d'énergie plus propre a conduit à déployer Énergie HPC des solutions pour développer l’énergie éolienne, houlomotrice, solaire et de nouvelles sources d’énergie comme le nucléaire à petite échelle ou la fusion. Alors que nous nous tournons vers de nouvelles sources durables et renouvelables, ces systèmes énergétiques doivent également être optimisés pour les périodes de volatilité et de stockage d’énergie. De nombreux modèles météorologiques couramment utilisés par les météorologues et les scientifiques sont désormais open source et disponibles pour aider les sociétés énergétiques (et de nombreuses autres industries) à mieux prévoir et réagir à la volatilité météorologique. Que les ingénieurs aient besoin de simuler des réactions physiques ou chimiques, il existe une large gamme de logiciels disponibles pour créer et tester virtuellement de nouvelles solutions pour un avenir plus propre.

Sciences de la vie

L’un des exemples les plus remarquables d’accélération de l’innovation est l’impact du HPC sur des produits tels que les produits pharmaceutiques, les dispositifs médicaux et la médecine personnalisée grâce à l’étude de la génomique. Les sciences de la vie et les nombreux domaines de recherche et développement connexes ont généré d’énormes quantités de données ouvrant la voie à de nouvelles possibilités de thérapies, de vaccins et de médicaments susceptibles d’améliorer considérablement les résultats pour les patients. Les scientifiques et les chercheurs comptent sur HPC dans les sciences de la vie plus que jamais pour traiter toutes ces données et mieux comprendre le corps humain jusqu'à la biologie unique de chaque individu. Grâce à l'accès au HPC à la demande dans le cloud, les organisations et les études de recherche peuvent facilement effectuer des simulations et des modélisations au niveau cellulaire et moléculaire pour prédire comment les maladies et les traitements affecteront le corps humain. Les analyses courantes qui bénéficient du HPC comprennent le séquençage génomique, la dynamique moléculaire, la pharmacocinétique, la dynamique des fluides, la cristallisation, le repliement des protéines, la chimie informatique et quantique. Grâce à cet accès accru à des ressources cloud flexibles, les principales sociétés pharmaceutiques sont en mesure d'accélérer à la fois la découverte de médicaments et les délais de commercialisation en réduisant les délais d'essais. Grâce à l’utilisation de la simulation numérique, les sociétés médicales et pharmaceutiques peuvent également accroître l’efficience et l’efficacité de la R&D en réduisant le nombre d’essais infructueux et de formulations de médicaments inefficaces. Avec les initiatives de transformation numérique en cours dans de nombreux hôpitaux, le recours à la tenue de dossiers numériques (bioinformatique) et à la recherche informatique s'appuiera de plus en plus sur des ressources flexibles et sécurisées pour répondre à leur échelle croissante. En tirant parti des dernières fonctionnalités cloud spécialisées, les médecins et les chercheurs pourront continuer à découvrir des solutions qui sauvent des vies auparavant hors de portée.

Secteur Industriel & Fabrication

L’Industrie 4.0 a apporté des changements significatifs dans la manière dont les entreprises de produits modernes et leurs fournisseurs commercialisent de nouveaux produits. Des usines intelligentes aux appareils connectés, la numérisation à chaque niveau du cycle de vie des produits offre aux concepteurs et aux ingénieurs un fil numérique pour suivre les caractéristiques critiques des produits. Ce fil numérique commence souvent bien avant la création du premier prototype. Cela est possible grâce à l'utilisation du HPC pour construire et tester des prototypes numériques jusqu'aux plus petits composants, de cette façon, lorsque la production commence, les entreprises ont l'assurance que leurs produits fonctionneront comme prévu. Cette approche peut être observée dans les biens de consommation emballés (CPG), dans l'industrie lourde, dans l'électronique et dans presque tous les types de produits qui doivent être produits en grandes quantités ou qui sont coûteux à fabriquer. Les ingénieurs effectuent souvent des simulations avec des méthodes multiphysiques, d'éléments discrets (DEM), de dynamique des fluides (CFD) et d'éléments finis. Ces analyses spécialisées permettent de mieux comprendre l'intégrité structurelle, la gestion thermique, les performances (ou les défaillances) d'un produit donné et aident à prédire comment les processus de fabrication peuvent être automatisés. À mesure que de nouvelles techniques de fabrication apparaissent en ligne, comme la fabrication additive (impression 3D), les jumeaux numériques et l'Internet des objets (IoT), l'utilisation de Fabrication HPC est de plus en plus important pour prédire où investir pour garantir la qualité des produits, la sécurité et l’efficacité des usines. Il est important de noter que les entreprises manufacturières bénéficient particulièrement de l'utilisation du Cloud HPC en raison de leurs divers besoins informatiques et de leur besoin d'un accès flexible à du matériel et des logiciels spécifiques pour les grandes équipes et les grands projets. En plus de créer de meilleurs produits qui améliorent la satisfaction des clients et réduisent les risques de garantie, les entreprises examinent également leurs processus et la manière dont elles peuvent les rendre plus durables, plus sûres et plus efficaces.

Différentes options pour déployer le Cloud HPC ?

Lorsqu’ils décident d’opter pour le Cloud HPC, il est important que les décideurs informatiques et des unités commerciales comprennent les motivations et les résultats souhaités ainsi que les modèles de déploiement possibles. Même si les motivations typiques pour la transformation du cloud incluent la flexibilité, le choix et la simplification, de nombreuses offres disponibles ne parviennent pas à tirer pleinement parti du potentiel du cloud. Les quatre modèles suivants décrivent différentes manières de démarrer avec le cloud. Attention cependant aux comités d'achat : ils ne sont pas tous créés égaux.

Option 1 – Approche Cloud HPC « lift and shift » à faire soi-même :

Les organisations habituées à investir dans des « clusters » HPC sur site peuvent aborder les stratégies cloud de la même manière. Cela inclut l’achat d’une allocation spécifique de ressources de calcul statiques, mais au lieu de matériel physique, ils utilisent désormais (« lever et déplacement » vers) une infrastructure de cloud computing public. La quantité de capacité achetée est basée sur une estimation initiale du calcul nécessaire sur une période plus longue. Les clients DIY lift-and-shift visent simplement à réarchitecturer et à gérer directement la même pile technologique que celle dont ils disposaient autrefois sur site, ce qui entraîne des délais de livraison longs et une complexité de construction dans un nouvel environnement.

Les décideurs et les administrateurs du Cloud HPC apportent généralement avec eux des mesures héritées telles que l'optimisation pour une utilisation élevée, qui recrée le même défi de rareté des systèmes sur site qui obligeait les utilisateurs finaux à attendre dans de longues files d'attente pour exécuter leurs charges de travail. Dans un effort de contrôle des coûts, les organisations recherchent souvent des engagements à long terme avec des CSP individuels sans considérer les avantages potentiels de l'optimisation du rapport coût-performance entre plusieurs CSP. Alors que les options matérielles spécialisées ont explosé ces dernières années, les clients HPC multi-cloud ont pu réaliser 30 % de valeur en plus d'un trimestre à l'autre en trouvant continuellement des combinaisons matériel-logiciel plus efficaces.

Parmi les autres défis auxquels sont confrontés les clients bricoleurs, citons la maintenance continue de divers portefeuilles de logiciels et la création de couches supplémentaires de reporting et de contrôles non fournies nativement par les fournisseurs de cloud. Les équipes d'entreprise qui ont besoin d'analyses de performances et de rapports de sécurité devront très probablement créer ces composants à partir de zéro pour respecter les meilleures pratiques. Après avoir examiné les inconvénients probables de la complexité sans la flexibilité des avantages du cloud, le modèle DIY lift-and-shift peut s'avérer plus de travail qu'il n'en vaut la peine pour la plupart des organisations.

Option 2 – Approche ISV Cloud HPC :

Avantages du Cloud HPC des éditeurs de logiciels indépendants

Les scientifiques, les chercheurs et les ingénieurs dépendent depuis longtemps de logiciels de simulation et de modélisation à forte intensité de calcul. Dans le but d'accroître l'accessibilité de ces logiciels, quelques-uns des principaux fournisseurs de logiciels indépendants (ISV) se sont associés à des fournisseurs d'infrastructure pour fournir des packages comprenant à la fois les licences logicielles et le calcul nécessaire pour exécuter les charges de travail à la demande. Ces modèles d'abonnement offrent une simplicité aux utilisateurs de logiciels avec une flexibilité tarifaire.

Inconvénients du HPC cloud ISV

Les inconvénients des offres cloud ISV sont rapidement évidents pour les organisations disposant d'équipes en croissance et/ou de pratiques HPC matures. Une tendance clé qui rend ce modèle de HPC cloud irréalisable est que le nombre de logiciels utilisés par les utilisateurs augmente rapidement, ce qui conduit à un mélange diversifié de logiciels commerciaux (ISV), open source (gratuits) et personnalisés (propriétaires). L'organisation typique avec des praticiens HPC exécute plusieurs logiciels avec 67 % des équipes exécutant 2 à 5 logiciels et 12 % en exécutant 6 ou plus (Source : Rapport sur l'état de l'ingénierie informatique).

De plus, bon nombre de ces offres ISV sont liées à des partenariats CSP spécifiques, ce qui donne aux utilisateurs finaux peu de choix ou de visibilité sur l'infrastructure sous-jacente et son rapport coût-économie.

Option 3 – Approche HPC dans le cloud géré :

Cette catégorie de cloud HPC est un ensemble de diverses offres de cloud géré grâce auxquelles les clients peuvent externaliser Infrastructure HPC gestion tout en conservant un modèle d’infrastructure réservé ou privé. Ces offres reposent souvent sur une architecture de cloud privé sans système d'exploitation qui peut donner aux clients l'impression d'une infrastructure toujours dédiée. La réalité est que ces offres sont généralement des contrats à capacité fixe et, encore une fois, ne bénéficient pas des véritables avantages de la flexibilité du cloud. Certains fournisseurs proposent des offres cloud simples et parfois doubles, mais ne disposent pas de l'intelligence de la plate-forme nécessaire pour passer de manière dynamique à l'architecture cloud ou informatique la plus efficace. Dans de nombreux cas, les services HPC cloud gérés sont uniquement conçus pour des applications ou des cas d’utilisation spécifiques, ce qui peut rendre la mise à l’échelle ou l’expansion irréalisable.

Option 4 – Approche de la plateforme d'automatisation du cloud :

Le déploiement d'un système HPC cloud capable de s'adapter et de croître avec les besoins d'une entreprise nécessite une solution capable de tirer parti des meilleurs éléments du cloud tout en éliminant ses complexités. C'est pourquoi Rescale™ croit en la fourniture d'une solution spécialement conçue pour HPC conçu pour le cloud. Pour y parvenir, les différentes équipes de Rescale ont assemblé une solution de bout en bout pour permettre aux clients de tous les secteurs d'accéder au meilleur Technologies HPC disponible.

Pour définir le HPC conçu pour le cloud, Rescale examine 5 attributs clés du HPC stratégique dans le cloud :

1. Centré sur l'utilisateur – une solution qui apporte les ressources à l'utilisateur à la demande, toujours dans le contexte des objectifs du projet et de l'entreprise. Cela signifie également simplifier l'expérience utilisateur pour accroître l'accès à davantage d'ingénieurs et de scientifiques grâce à des options de soumission de travaux flexibles telles qu'une interface utilisateur graphique (GUI), une interface de programmation d'applications (API) et une interface de ligne de commande (CLI).
2. Illimité – une solution qui permet d'exécuter n'importe quelle application sur n'importe quelle architecture (qu'elle soit multi-cloud ou hybride/sur site).
3. Connectée – une solution qui unifie les îlots d’analyse, favorise la collaboration et fusionne les meilleures pratiques.
4. Intelligent – une solution qui recommande des combinaisons logicielles-matérielles optimales et des configurations architecturales les mieux adaptées pour répondre aux objectifs de l'entreprise.
5. Chaînes de vente – une solution qui élimine la complexité et les tâches administratives répétitives tout en accélérant les flux de travail des utilisateurs finaux et en minimisant les risques opérationnels en termes de budgets et de sécurité.

En résumé, une approche conçue pour le cloud commence par l'objectif d'optimiser la vitesse et l'efficacité de la R&D et de se concentrer sur les besoins de l'entreprise, et pas seulement sur l'infrastructure utilisée. Cette approche aide les organisations à s'aligner sur les objectifs de transformation numérique, dont les objectifs sont de rationaliser la façon dont les équipes interagissent, d'éliminer les goulots d'étranglement et de stimuler de nouvelles innovations.

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Calcul haute performance (HPC) et supercalcul – Y a-t-il une différence et lequel est le meilleur pour les entreprises ?

Les mots « calcul haute performance » et « supercalcul » sont souvent utilisés de manière interchangeable – mais sont-ils vraiment la même chose ? Il est important de considérer leurs définitions et leurs approches avant de se lancer.

Superinformatique

Le calcul intensif est le processus de calcul ou de simulation de scénarios du monde réel à l’aide d’un superordinateur. Un superordinateur se compose de dizaines de milliers de processeurs, qui travaillent tous ensemble pour accomplir des tâches volumineuses et complexes qui seraient trop difficiles, coûteuses ou trop longues à réaliser dans le monde réel.

Les superordinateurs sont utilisés pour un large éventail de simulations dans divers domaines, notamment : prévisions météorologiques, dynamique moléculaire, simulations physiques ainsi que d'autres industries. Les grandes organisations universitaires et financées par le gouvernement construisent souvent des superordinateurs pour mener des projets de recherche à grande échelle. Les supercalculateurs nécessitent un investissement initial important dans les composants et les installations, une expertise en informatique et en installations, ainsi que du temps consacré à la mise en œuvre et à la maintenance continue.

Calcul Haute Performance

Le calcul haute performance est un terme général qui peut inclure les superordinateurs, mais qui fait généralement référence à l'utilisation de clusters d'ordinateurs ou de serveurs hautes performances agrégés contenant des composants spécialisés, souvent assemblés pour des applications ou des types de tâches spécifiques.

Le HPC est souvent utilisé pour résoudre les mêmes types de problèmes informatiques que le calcul intensif. Cependant, le HPC est plus couramment utilisé car il peut être transporté sur le poste de travail d'un ingénieur jusqu'à un grand centre de données. Dans tous les secteurs, les fournisseurs de technologies développent de nouveaux outils pour répondre aux besoins croissants en HPC des ingénieurs, des scientifiques et des chercheurs. La récente prolifération de logiciels et de matériels spécialisés pousse les entreprises à concevoir des stratégies visant à simplifier les piles technologiques complexes et à maximiser leur efficacité.

Faire le bon choix pour votre entreprise

Alors que les entreprises dépendent d’une puissance de calcul accrue pour acquérir un avantage concurrentiel, les leaders technologiques doivent choisir des solutions qui maximisent la valeur des ressources existantes telles que les talents, les logiciels et la propriété intellectuelle. Aujourd'hui, la plupart des entreprises choisissent une approche HPC car elle peut être spécialement conçue et adaptée aux besoins de l'entreprise, alors que les supercalculateurs présentent généralement des architectures statiques, des investissements importants et des horizons à long terme. Les offres Cloud HPC et HPC as a Service ont réduit les barrières à l'entrée pour les organisations souhaitant déployer des opérations informatiques avancées là où il s'agissait auparavant de solutions trop complexes et/ou trop coûteuses. Avoir un accès accru à davantage de ressources d’ingénierie informatique permet aux entreprises d’accélérer leurs projets de R&D et même d’atteindre leurs objectifs budgétaires.