Les sciences du numérique et le calcul haute performance
L’augmentation continue de la puissance de calcul des ordinateurs est en train de bouleverser la façon d'étudier les systèmes physiques complexes, en sciences et en technologie. Le calcul haute performance permet désormais de simuler bon nombre de ces systèmes en leur appliquant les lois physiques élémentaires, même si celles-ci sont transcrites dans des équations compliquées ou mettent en oeuvre un grand nombre de variables. Cette évolution déplace le statut épistémologique de l'expérience. Certes, cette dernière reste indispensable à la validation des modèles et codes de calcul décrivant un système physique, mais la simulation une fois validée peut dans certains cas acquérir une valeur quasiment équivalente à celle d'un résultat expérimental, et peut être utilisée de la même manière pour explorer le comportement d un système complexe sans qu il soit nécessaire de recourir à des expériences intégrales coûteuses.
À elle seule, l'évolution des machines n'est pas suffisante pour assurer les progrès de la simulation et du calcul haute performance. Il faut accompagner les progrès du « hardware » par des avancées dans le domaine du « software » et des méthodes numériques de résolution des équations constitutives des modèles. Un des grands défis de la simulation est d'assurer la pérennité et la maintenance de codes et plates-formes de calcul dont la durée de développement est supérieure à la durée de vie des machines sur lesquelles ils tournent.
La présente monographie décrit le travail mené au CEA dans ce champ immense et pluridisciplinaire, qui associe informaticiens, numériciens et physiciens. Dans une première partie de l'ouvrage, le lecteur trouvera ce qui touche aux méthodes : architecture des machines, architecture logicielle, algorithmes et méthodes numériques.
La seconde partie de l'ouvrage illustre par une dizaine d'exemples les applications du calcul haute performance dans les différents champs d'activité du CEA civil, depuis la dynamique des galaxies jusqu'à la génomique en passant par la simulation des réacteurs nucléaires, tout enmettant en évidence les similitudes des méthodes employées dans des domaines si divers.