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DOSSIER UNE CARTE SYNOPTIQUE DU CERFACS RÉSUMÉ

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DOSSIER UNE CARTE SYNOPTIQUE DU CERFACS RÉSUMÉ
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e
L a Météorologie 8 série - n ° 5 - m a r s 1994
DOSSIER
UNE CARTE SYNOPTIQUE
DU CERFACS
Olivier Thual
CERFACS
42 avenue
RÉSUMÉ
Coriolis,
31057
Toulouse
Cedex
L'année 1993 a été décisive pour le Centre Européen de Recherche et de
Formation Avancée en Calcul Scientifique (CERFACS). Ses partenaires, dont
Météo-France, viennent en effet de renouveler sa structure de Groupement
d'Intérêt Public (GIP). C'est l'occasion de présenter ici une carte synoptique du
GlP-Cerfacs, de retracer brièvement son histoire et d'indiquer ses perspectives
scientifiques pour les cinq prochaines années.
ABSTRACT
The year 1993 has been crucial for the CERFACS (European Center for
Research and Advanced Training in Scientific Computing). Its partners,
Météo-France being one of them, have just renewed its Public Interest Grouping
structure. This paper présents a synoptic vievv of the Cerfacs, briefly recalls its
historv and points out its scientific goals for the next five years.
INTRODUCTION
Les b â t i m e n t s du Cerfacs sont situés sur la « m é t é o p o l e » d e T o u l o u s e . Lors
des j o u r n é e s «portes ouvertes» du site en 1992, d e n o m b r e u x visiteurs ont pu
d é c o u v r i r c e t t e n o u v e l l e construction. Ils ont sans d o u t e été frappés p a r l'architecture
originale de l ' o u v r a g e (figure 1),
c o m m e ce fut le c a s dix a n s plus tôt,
lors de la construction du C N R M ou
de l ' E N M .
F i g u r e 1 - L e s b â t i m e n t s d u C e r f a c s v u s d u p a t i o c e n t r a l . D e v a s t e s p u i t s d e l u m i è r e et d e
n o m b r e u s e s cloisons vitrées a g e n c e n t u n e organisation d e s bureaux e n étoile autour d u patio
central (photo Cerfacs).
Le Cerfacs est situé j u s t e en
lace de la salle m a c h i n e du S C E M où
résident le C r a y - 2 et le Cray C 9 8 de
Météo-France. Cette p r o x i m i t é s y m bolise la spécialisation du Cerfacs
d a n s le calcul scientifique intensif.
Plus précisément, la maîtrise des calculateurs m a s s i v e m e n t parallèles a
été le t h è m e principal sur lequel s'est
a p p u y é ce centre depuis sa création.
Ainsi, la salle m a c h i n e du Cerfacs
a b r i t e un A l l i a n t V F X 8 0 à 8
processeurs, u n e B B N T C 2 0 0 0 c o m portant 3 2 processeurs et, p r o c h a i n e ment, la M e i k o C S - 2 à 6 4 n œ u d s
vectoriels, qui est le p r e m i e r superordinateur massivement parallèle
soutenu p a r la C o m m u n a u t é europ é e n n e . P o u r le n é o p h y t e , r a p p e l o n s
que le calcul m a s s i v e m e n t parallèle,
d a n s lequel une centaine, voire un
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millier, de p r o c e s s e u r s se partagent u n e application (par e x e m p l e la prévision du
temps), est a m e n é à détrôner le calcul m o n o p r o c e s s e u r ou faiblement parallèle (le
Cray-2 n 'a que 4 processeurs). M a i s pour cela il faut d ' a b o r d résoudre les p r o b l è m e s
a l g o r i t h m i q u e s c o m p l e x e s qu'il induit.
Le Cerfacs n'est pas seulement un centre d ' e s s a i s d ' o r d i n a t e u r s prototypes.
Selon les propres t e r m e s de son directeur, le Professeur R o l a n d G l o w i n s k i , «le
Cerfacs a été conçu et structuré pour être un centre de compétence en calcul à hautes
performances».
C ' e s t d o n c en premier lieu un centre de r e c h e r c h e réunissant des
projets scientifiques très divers : m a t h é m a t i q u e s appliquées, m é c a n i q u e d e s fluides
n u m é r i q u e , modélisation du climat, m é t h o d e s n u m é r i q u e s de l ' é l e c t r o - m a g n é t i s m e ,
traitement d ' i m a g e s et visualisation. N o u s allons m a i n t e n a n t décrire plus précisément ces activités autour desquelles le Cerfacs entretient des collaborations privilégiées avec ses partenaires.
LE PRÉSENT
L e Cerfacs est a u j o u r d ' h u i structuré en G r o u p e m e n t d'Intérêt Public ( G I P ) .
Cette structure j u r i d i q u e p e r m e t à plusieurs partenaires publics ou privés de mettre
en c o m m u n des ressources et des m o y e n s pour y conduire des activités spécifiques.
Dictionnaire des sigles
AECT-CERFACS
CEA
CEPMMT
CERFACS
CNES
CNRS
CNRM
EDF
ENM
INRIA
GS
GIP
LMD
LODYC
MPI
ONERA
OPA
RECITE
SCEM
UKMO
: Association E u r o p é e n n e p o u r la Création d ' u n Institut
E u r o p é e n , à T o u l o u s e , du Centre de R e c h e r c h e et de
Formation A v a n c é e en Calcul Scientifique
: Centre d'Etudes Atomiques
: Centre Européen pour les Prévisions M é t é o r o l o g i q u e s à
Moyen Terme
: C e n t r e de R e c h e r c h e et de Formation A v a n c é e en Calcul
Scientifique
: Centre National d ' E t u d e s Spatiales
: C e n t r e National de la R e c h e r c h e Scientifique
: Centre National de R e c h e r c h e s M é t é o r o l o g i q u e s
: Electricité De France
: Ecole Nationale de la Météorologie
: Institut National pour la Recherche en Informatique A p p l i quée
: G r o u p e m e n t Scientifique
: G r o u p e m e n t d'Intérêt Public
: Laboratoire de Météorologie D y n a m i q u e
: Laboratoire d ' O c é a n o g r a p h i e D y n a m i q u e et de
Climatologie
: Institut M a x Planck de météorologie
: Office National d e s Etudes et Recherches A é r o n a u t i q u e s
: M o d è l e de circulation g é n é r a l e o c é a n i q u e parallèle
: R é s e a u E u r o p e du S u d de c e n t r e s scientifiques p o u r l'aide
au d é v e l o p p e m e n t industriel par la formation au calcul à
hautes p e r f o r m a n c e s
: Service Central d ' E x p l o i t a t i o n de la Météorologie
: United K i n g d o m Meteorological Office (Service m é t é o r o logique du R o y a u m e - U n i )
Le G l P - C e r f a c s a été créé le 9
n o v e m b r e 1988, pour une durée de
cinq années renouvelable, par les partenaires suivants : la Région MidiP y r é n é e s , le C N E S , l ' A é r o s p a t i a l e ,
M é t é o - F r a n c e , Matra M a r c o n i E s pace, le C N R S , 1 ' 1NRIA, l ' O N E R A ,
le G I E Informatique C E A , le M i n i s tère de F Education nationale, l'Institut national p o l y t e c h n i q u e de T o u louse, T e c h n o p o l i s (Italie) et les C e n tres com m u n s de recherche des C o m m u n a u t é s e u r o p é e n n e s . C e s partenaires constituent le Conseil d ' a d m i nistration, présidé par Jean-Pierre
C o n t z e n . C e Conseil a p p r o u v e chaque année le budget du Cerfacs, et
contrôle la b o n n e gestion du G I P . U n
Conseil scientifique, présidé par le
Professeur Robert Dautray, e x a m i n e
p é r i o d i q u e m e n t les réalisations et les
orientations des projets de recherche, et c o m m u n i q u e un avis d ' e x p e r t
au Conseil d ' a d m i n i s t r a t i o n . Le pouvoir exécutif est confié au directeur
du Cerfacs, le Professeur Roland
G l o w i n s k i , qui p r o p o s e à ces deux
conseils des orientations scientifiques et un b u d g e t associé. Il reçoit en
retour la responsabilité de leur mise
en œ u v r e .
L e budget annuel du Cerfacs s ' é l è v e à environ 3 0 millions de francs
c o m p r e n a n t une part n o n négligeable de contrats. En m o y e n n e , 5 0 à 6 5 p e r s o n n e s
de statuts divers travaillent au Cerfacs. C o m m e il est d ' u s a g e dans les structures de
GIP, un certain n o m b r e de p e r s o n n e s y sont d é t a c h é e s par les partenaires. Un
roulement p e r m a n e n t s'est établi pour le recrutement des «post-docs» (un à trois ans)
ou «thésards» (trois à quatre ans) qui constituent une large part du personnel
chercheur. Enfin, le n o m b r e de postes Cerfacs a a u g m e n t é p r o g r e s s i v e m e n t au cours
du t e m p s , m ê m e s'il reste encore m o d é r é .
L ' a c t i v i t é scientifique du Cerfacs est structurée en cinq projets. Le projet
« A l g o r i t h m e s parallèles», sous la responsabilité de Iain Duff, est le plus ancien du
Cerfacs sous sa forme actuelle. Il regroupe des travaux allant des m a t h é m a t i q u e s
appliquées (algèbre linéaire, c o n c e p t i o n d ' a l g o r i t h m e s parallèles, etc.) au génie
logiciel (parallélisation de librairies n u m é r i q u e s , m e s u r e s de p e r f o r m a n c e s d ' a r c h i tectures parallèles, etc.). Les activités de ce projet sont en p r e m i è r e ligne pour
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affronter les prototypes d e calculateurs qui se succèdent r a p i d e m e n t dans la salle
m a c h i n e du Cerfacs : E T A 10, Alliant F X 8 0 et V F X 8 0 , B B N T C 2 0 0 0 et bientôt
M e i k o C S - 2 M P P 6 4 . En plus de ces m a c h i n e s locales, les c h e r c h e u r s de ce projet
accèdent, par le réseau, à d ' a u t r e s calculateurs parallèles à travers le m o n d e : I B M
3 0 9 0 V F 6, C o n n e c t i o n M a c h i n e , Intel i P S C / 2 3 2 sx, etc. L ' e x p e r t i s e du projet
« A l g o r i t h m e s parallèles» est de nature à permettre a u x autres projets de recherche
de porter leurs applications sur c e s diverses m a c h i n e s .
L e projet « M é t h o d e s n u m é r i q u e s d e la m é c a n i q u e d e s fluides», placé sous la
responsabilité de Thierry Poinsot, est né de la fusion entre deux projets initiaux du
Cerfacs : « E c o u l e m e n t s réels» et «Instabilités et turbulence». Il regroupe aujourd'hui
des activités de modélisation de la turbulence, appliquées à des é c o u l e m e n t s
industriels, p a r e x e m p l e autour d e configurations a é r o d y n a m i q u e s c o m p l e x e s , o u à
des é c o u l e m e n t s réactifs, c o m m e les c h a m b r e s de c o m b u s t i o n de m o t e u r s ou de
réacteurs. U n e x e m p l e d ' activité m o n t r a n t 1 ' intérêt, p o u r d e s partenaires industriels,
de s'associer à travers le Cerfacs, est d o n n é par le projet de construction d ' u n c o d e
universel et m o d u l a i r e regroupant l'état d e l'art d a n s la modélisation des é c o u l e m e n t s
turbulents.
Une avancée pour les modèles de climat :
un couplage océan-atmosphère réussi
Il y a m a i n t e n a n t trois ans, sur
recommandation de son Conseil
scientifique, le Cerfacs créait un proLe Cerfacs vient de réaliser une simulation numérique qui marque une étape
jet spécialisé dans le c o u p l a g e océandécisive pour la communauté climatique française. Cette simulation, qui a nécesa t m o s p h è r e . C e projet, placé sous la
sité 250 heures de calcul sur les quatre processeurs du super-calculateur Cray C98
responsabilité d e Olivier T h u a l , est
de Météo-France, décrit l'évolution couplée de l'atmosphère et de l'Océan Pacifin o m m é «Modélisation du climat et
que tropical sur une période longue de 10 années. Ce travail est le fruit d'une étroite
de son c h a n g e m e n t global». Sa m i s collaboration entre le Cerfacs, Météo-France et le CNRS (Centre National de la
sion est d e participer à la construcRecherche Scientifique). Le modèle utilisé couple la version «climat» du modèle
tion du « M o d è l e c o m m u n a u t a i r e de
atmosphérique Arpège de Météo-France et le modèle océanique OPA du Laboratoire d'Océanographie Dynamique et de Climatologie (LODYC) du CNRS. La
climat» conjointement avec le
qualité des résultats issus de la simulation classe ce modèle parmi les plus
C N R M , le L O D Y C et le L M D . C e
performants de la communauté internationale.
m o d è l e réunit, au sein d ' u n e m ê m e
structure informatique, un m o d è l e
L'objectif pour les prochaines années est la prédiction du réchauffement global
de circulation g é n é r a l e a t m o s p h é r i pour le XXIème siècle, qui va nécessiter plusieurs simulations portant sur 100 ans.
que (Arpège Climat) et un m o d è l e de
circulation g é n é r a l e o c é a n i q u e (le
m o d è l e O P A du L O D Y C ) . Deux a n n é e s de d é v e l o p p e m e n t ont p e r m i s d ' é l a b o r e r
le «coupleur» qui réalise la fusion de c e s deux g r o s c o d e s informatiques, et d e lancer
les p r e m i è r e s expériences c o u p l é e s de la c o m m u n a u t é climatique française. C e s
efforts sont a u j o u r d ' h u i r é c o m p e n s é s p a r le succès r e m p o r t é , d a n s la c o m m u n a u t é
internationale, par les dix ans de simulation couplée avec l ' O c é a n Pacifique tropical.
Le c o u p l a g e avec l ' o c é a n global mobilise m a i n t e n a n t la plus g r a n d e partie d e s forces
de ce projet.
L e projet « T r a i t e m e n t d'images et visualisation», a u j o u r d ' h u i placé sous la
responsabilité de J a c q u e s David, est en c o u r s de restructuration. U n e x e m p l e de
réalisation m a r q u a n t e d e c e s dernières a n n é e s est le s i m u l a t e u r d e vol qui permet, s u r
une station de travail, d ' e x p l o r e r interactivement et en trois d i m e n s i o n s un c h a m p
scalaire (par e x e m p l e la t e m p é r a t u r e ) ou vectoriel (la vitesse) é v o l u a n t d a n s le t e m p s .
Tout en continuant à d é v e l o p p e r des outils pour le traitement des d o n n é e s produites
par le Cerfacs, c e projet a c o m m e n c é r é c e m m e n t à étendre s o n activité à d e s
d o m a i n e s très pointus : réalité virtuelle, c o m p r e s s i o n de d o n n é e s , conception
assistée p a r ordinateur, e t c .
R é c e m m e n t créé, le projet « M é t h o d e s n u m é r i q u e s de l'électromagnétisme»,
placé sous la responsabilité d e Patrick Joly, s'intéresse aux n o m b r e u x p r o b l è m e s de
m a t h é m a t i q u e s appliquées que pose la résolution des é q u a t i o n s de M a x w e l l :
p r o b l è m e s d ' a n t e n n e s , m é t h o d e de d é c o m p o s i t i o n de d o m a i n e s , accélération de
c o n v e r g e n c e , m é t h o d e s d ' é q u a t i o n s intégrales, c o u p l a g e é l e c t r o m a g n é t i s m e et
é c o u l e m e n t fluide, etc.
Pour r é p o n d r e aux b e s o i n s informatiques de c e s cinq projets d e recherche, le
« G r o u p e de support informatique» gère le p a r c informatique et le réseau du Centre.
En plus des m a c h i n e s parallèles décrites p l u s haut, le Cerfacs dispose d ' u n C o n v e x
C 2 2 0 à deux processeurs, de plusieurs serveurs et de stations de travail ou terminaux
X répartis dans les projets. C e g r o u p e s'est r é c e m m e n t renforcé p o u r faire face à
l'arrivée du super-calculateur m a s s i v e m e n t parallèle M e i k o C S - 2 dont le Cerfacs
assure la mise en service. Le projet européen qui finance cette m a c h i n e prévoit le
portage d e s m o d è l e s opérationnels de prévision de quatre o r g a n i s m e s m é t é o r o l o g i -
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