Le futur de l’informatique et les limites du calcul Tera-Flops, algorithmes et applications . Gaétan Hains Laboratoire d

1. Le futur de l’informatiqueet les limites du calculTera-Flops, algorithmes et applications. Gaétan HainsLaboratoire d’informatique fondamentale d’Orléans

2. Le futur de l’informatique et les limites du calcul • Histoire des ordinateurs: accélérer • La pyramide de Kheox: miniaturiser • Le parallélisme: faire coopérer • Applications et limites: ce qui sera possible etce qui ne le sera jamais … • Recherche en informatique: … et pourtant …

3. I. Histoire des ordinateurs

4. Le boulier • -3000 à Babylone

5. La règle à calcul • 1614 : John Napier • 1970: encore en usage au Québec …

6. La Pascaline • 1642 - 43 : Blaise Pascal

7. Stepped Reckoner • 1674 : Gottfried Leibnitz

8. L'arithmomètre • 1820 - 22 : Thomas de Colmar

9. Le recencement de 1890 • 1890 : Herman Hollerith • 1896 : Tabulating Machine Compagny(devient IBM en 1924)

10. Le Harvard Mark I • 1937 : Howard Aiken • relais électromécaniques • 10,6 m de long, 5 t • 2 multiplications / 3s • terminé en 1944

11. Du Z1 au Z4 • 1931 - 38 : Konrad Zuse • électromécanique • 1941 : le Z3 • programme de contrôle sur bande perforée • 1943 : le Z4 (512 adresses)

12. L'ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) • 1943 - 45 : P. Eckert, J. Mauchly

13. L'ENIAC (2) • 30 t • 17468 tubes, 70000 résistances, 1500 relais, 6000 commutateurs manuels • 150 kW

14. Les années 1950 • L'UNIVAC 1 (Eckert & Mauchly, 1951) • marché civil (prédiction de l'élection d'Eisenhower) • 12000 nombres en mémoire • 10 bandes magnétiques

15. L'Univac (2)

16. 1970 - 1985 • 1976 : Cray I: refroidi au « gaz liquide » • 1981 : Cyber 205, 50 MFlops

17. Les années 1980-95 • 1986 : Cray X-MP (713 MFlops) • 1991 : Cray Y-MP (16 GFlops)

18. Les années 1995-2005 • Grappes de PC • Super-ordinateurs parallèles et vectoriels • Calcul globalisé ou grilles de calcul géographiquement distribuées.

19. Grappe de PC au LIFO: puissance de calcul

20. Grappe de PC au LIFO: réseau Gbit/s (100 x ADSL entre chaque paire de PC)

21. Grappe de PC version INRIA

22. Super-ordinateur NEC au Japon:The Earth Simulator 5000 machines en une

23. Les grilles de calcul: (super)-ordinateurs géographiquement distribués Du calcul à la demande, distribué comme l’électricité

24. II. La pyramide de Kheox: miniaturiser 8 données : profondeur 3 1 000 000 données: profondeur 20

25. (A) Les informations, les calculs, la langue, la logique : Des structures imbriquées à dimensions illimitées (B) Les mémoires, les machines, le matériel : Des structures en 3 dimensions, du courant électrique, des gens, des €, du temps. ⇨ miniaturiser (A) pour les réaliser par (B) Depuis toujours on miniaturise l’espace-temps du calcul. Mais ce n’est plus suffisant.

26. III. Le parallélisme: faire coopérer les calculs • On distribue les données sur p=4, 32, 5000 ordinateurs • Chacun calcule sur sa part des données • On s’échange les résultats • On recommence si nécessaire • Le calcul est complété p fois plus vite • Mais: l’échange des données prend du temps • … temps relatif inchangé depuis plus de 20 ans • Echange 20, 100, 1000 x plus lent qu’un calcul … s’il n’y a pas de bouchon !

27. Paralléliser c’est distribuer … Données Données

28. … accélérer … D o n n é e s n o e D n é s

29. … mais aussi communiquer et synchroniser. D é o n n e s D o é e s n n 3 cons. 4 voyel. (3,4) (3,4) (3,4) (3,4)

30. La vitesse de calcul augmente exponentiellement Kilo Mega Giga Tera

31. MAIS comm et synchro coûtent toujours autantCRAY T3E, haut de gamme circa 2002

32. G L Communication et synchronisation limitent les performances.

33. Même la fibre optique n’y peut rien, la vitesse de la lumière est finie ⇒ communiquer coûte cher.

34. IV. Applications et limites du calcul Dynamique moléculaire: on simule une nanoseconde sur 10 000 atomes

35. Traitement d’image, et reconnaissance de formes 3D: potentiel illimité. Reconnaître un visage, comparer deux voix, comparer une image avec la carte Michelin, compléter l’image SPOT par temps couvert etc.

36. Simulation aérodynamique et météo: progrès constants mais pas de révolution.Problème inverse (apprentissage) hors de portée.

37. Réalité virtuelle, interfaces par immersion, jeux vidéos,murs d’image : ça ne fait que commencer ! Simulation interactive en ingénierie

38. Urbanisme virtuel, simulation des crues de la Loire etc.

39. Joueur de Handball virtuel, gardien de but réel

40. Apprentissage automatique sur données géographiques: Progrès réels mais limités par la complexité. Où doit-on chercher les mines d’or ?

41. Analyse de la structure du web: Progrès réels mais limités par la complexité. Qui parle de quisur lespages perso ?Où est Al Qaida ? Que sait le réseau Echelon sur mon entreprise ? Que peut-on apprendre du CEA via le web ?

42. Analyse des protocoles cryptographiques: Progrès très limités par la complexité. Ce protocole de commerce électronique est-il vraiment sûr ?Est-il facile de mettre nos serveurs en déni de service ? Quels effets d’une panne sur nos informations critiques ?

43. En résumé: • La miniaturisation progresse • Les réseaux progressent un peu moins • On va largement améliorer certaines applications • Pour les autres … …on y travaille. Merci de votre attention !

44. Merci à: • Arnaud Lallouet (LIFO): histoire des ordinateurs. • INRIA, BRGM: photos. • Univ.Orléans, Min. Rech., Cons. Rég.: € pour le LIFO. • Centre Sciences: organisation et communication. • Tous nospartenaires recherche en France et ailleurs