L’écosystème logiciel de calcul national chinois accueille une nouvelle plateforme tout-en-un. Le 29 juin, la plateforme tout-en-un de l’écosystème logiciel du système de calcul national « Yì Suàn Fāng Zhōu », développée conjointement par le Centre d’information du réseau informatique de l’Académie chinoise des sciences et d’autres unités, a été officiellement mise en ligne. Cette plateforme se concentre sur les problèmes tels que la difficulté d’adaptation des logiciels, la difficulté de migration du code et la complexité des opérations de recherche scientifique dans l’environnement de calcul national, offrant une solution intégrée pour la construction de l’écosystème logiciel de calcul scientifique, et favorisant le passage du matériel de calcul national à une application matérielle et logicielle coordonnée.
La publication de « Yì Suàn Fāng Zhōu » répond aux lacunes de l’écosystème logiciel révélées après l’entrée du calcul national dans une phase d’application à grande échelle. Ces dernières années, les capacités des CPU, GPU, cartes accélératrices et systèmes de supercalcul nationaux chinois ont rapidement augmenté, mais les chercheurs et les ingénieurs d’entreprise rencontrent encore de nombreux problèmes pratiques lors de la migration des applications : le code existant ne peut pas être directement adapté aux équipements nationaux, l’efficacité d’exécution des algorithmes sous-jacents sur du matériel hétérogène est instable, les processus de simulation technique nécessitent une configuration manuelle de plusieurs outils, et certains résultats de recherche scientifique ne peuvent pas être facilement déployés sur les plateformes de calcul nationales. Si ces problèmes ne sont pas résolus, même si le matériel national possède des indicateurs de puissance de calcul, il sera difficile de le transformer réellement en efficacité de recherche et d’ingénierie.
La dépendance du calcul scientifique à l’égard de l’écosystème logiciel est particulièrement évidente. Les domaines tels que la simulation météorologique, le calcul des matériaux, la mécanique des fluides, la biomédecine, l’aérospatiale, les équipements énergétiques et la simulation technique dépendent souvent de codes, de bibliothèques d’algorithmes et de logiciels spécialisés accumulés sur le long terme. De nombreux codes de recherche ont été initialement développés sur la base de matériel et de piles logicielles internationales spécifiques. Lors de la migration vers des équipements nationaux, il est nécessaire de réadapter les compilateurs, les bibliothèques d’exécution, les frameworks parallèles et les interfaces d’accélération. Pour les équipes de recherche, le coût de migration est élevé et le cycle de débogage est long, ce qui affecte directement la reproductibilité des résultats, la validation des modèles et le rythme de développement technique.
« Yì Suàn Fāng Zhōu » ne cherche pas à résoudre un problème d’outil unique, mais à construire une boucle fermée complète allant de l’algorithme au code et à l’application. La plateforme construit trois niveaux de capacités de base autour des applications de calcul nationales, reliant l’adaptation de la puissance de calcul sous-jacente, l’optimisation des algorithmes intermédiaires et les applications de recherche en amont, permettant aux chercheurs de ne pas avoir à basculer constamment entre plusieurs architectures matérielles, dépendances logicielles et environnements techniques. Elle agit davantage comme une « couche d’adaptation » et une « couche d’accélération » dans l’écosystème de calcul scientifique national, encapsulant les différences complexes sous-jacentes pour permettre aux utilisateurs de se concentrer davantage sur les problèmes scientifiques eux-mêmes.
La migration de code est le scénario d’application le plus direct de la plateforme. Auparavant, la migration de logiciels de recherche vers différentes puces nationales ou équipements hétérogènes nécessitait généralement beaucoup de réécriture et de débogage manuels. Les instructions, la gestion de la mémoire, les modes de parallélisation et le support des opérateurs des différentes architectures matérielles varient considérablement. Un code qui fonctionne normalement sur une plateforme peut voir ses performances diminuer, voire ne pas fonctionner du tout, sur une autre plateforme. « Yì Suàn Fāng Zhōu » réduit le seuil de migration du code grâce à une adaptation unifiée et à un support de chaîne d’outils, améliorant la portabilité des logiciels de recherche sur les équipements de calcul nationaux.
L’efficacité des algorithmes sous-jacents est également cruciale. Le calcul scientifique implique souvent des opérations matricielles à grande échelle, la résolution d’équations aux dérivées partielles, le calcul de maillage, la simulation moléculaire et le couplage multiphysique. Il ne suffit pas de faire « fonctionner » le code ; il faut aussi qu’il « fonctionne vite et de manière stable » sur les équipements nationaux. Si les algorithmes sous-jacents ne sont pas optimisés pour les caractéristiques matérielles, les ressources de calcul seront gaspillées et les chercheurs auront du mal à obtenir une efficacité de calcul acceptable. La plateforme intègre l’optimisation des algorithmes dans ses capacités de base, contribuant ainsi à améliorer le taux d’utilisation de la puissance de calcul nationale dans les tâches de recherche réelles.
La complexité des opérations de simulation technique est un autre problème de longue date. De nombreux utilisateurs industriels ne sont pas des développeurs informatiques professionnels, mais des ingénieurs dans les domaines des matériaux, de l’énergie, des équipements, de la mécanique, de l’aviation, de la médecine, etc. Ils doivent effectuer la modélisation de simulation, la configuration des paramètres, la soumission des tâches, l’analyse des résultats et la visualisation. Si chaque étape nécessite une compréhension approfondie de l’environnement de calcul sous-jacent, le seuil d’application sera élevé. « Yì Suàn Fāng Zhōu » offre une solution intégrée, qui devrait encapsuler le processus complexe d’appel de la puissance de calcul nationale en un flux de travail plus convivial, abaissant ainsi le seuil d’utilisation pour les équipes de recherche et d’ingénierie.
Du point de vue industriel, la mise en ligne de « Yì Suàn Fāng Zhōu » comble la couche intermédiaire la plus cruciale de l’écosystème de calcul national. Les percées matérielles résolvent le problème de « disposer ou non de la puissance de calcul », tandis que l’écosystème logiciel résout le problème de « savoir ou non utiliser efficacement la puissance de calcul ». Sans une pile logicielle mature, il est difficile pour les équipements nationaux de prendre en charge des applications de recherche et d’ingénierie à grande échelle ; si la capacité d’adaptation logicielle s’améliore, la puissance de calcul nationale pourra pénétrer plus rapidement dans les scénarios de calcul scientifique, de simulation technique et de R&D industrielle. Après la mise en ligne de la plateforme, la chaîne d’application de la puissance de calcul nationale passera de l’achat ponctuel de matériel à une coordination plus poussée des algorithmes, des codes, des applications, des chaînes d’outils et des systèmes de services.
Ce type de plateforme aura également un impact sur l’efficacité de la transformation des résultats de la recherche scientifique. Un grand nombre de résultats de recherche restent confinés à des articles, des prototypes ou des codes dans des environnements spécifiques, en partie à cause du coût élevé de la migration technique. Si le système de calcul national peut fournir une adaptation unifiée et un environnement d’exécution efficace, il aidera davantage de modèles algorithmiques, de programmes de simulation et de logiciels industriels à entrer dans des environnements matériels réels, soutenant des tâches telles que la R&D de matériaux, la conception d’équipements, la simulation énergétique, le criblage de médicaments et la modélisation de systèmes complexes. Cela a une valeur pratique pour améliorer la capacité de contrôle autonome des infrastructures de recherche.
Les points d’intérêt ultérieurs se concentrent sur le périmètre d’ouverture de la plateforme, les types de puces nationales adaptées, le nombre de logiciels de calcul scientifique pris en charge, l’efficacité opérationnelle dans des scénarios techniques réels, et la capacité à former une communauté d’écosystème logiciel durable. Pour que la puissance de calcul nationale devienne véritablement mature, elle ne peut pas se reposer uniquement sur des percées d’indicateurs matériels individuels ; elle nécessite également l’amélioration conjointe des chaînes d’outils, des bibliothèques d’applications, de l’écosystème des développeurs et des logiciels industriels. La mise en ligne de « Yì Suàn Fāng Zhōu » marque le passage de l’écosystème de calcul scientifique national d’une phase pilotée par le matériel à une phase de construction coordonnée du matériel et du logiciel.