« Le grand calcul commence au niveau des problèmes qu’on ne sait pas encore résoudre »
François Mescam, Directeur du département Réseau et informatique scientifique de l'Onera

jeudi 03 mars 2005

La compétence de l'Onera en matière de grand calcul m'a conduit à vous poser la question des relations entre la puissance dont on dispose et le type d'applications que l'on peut traiter. Comment voyez-vous évoluer l'état de l'art de ce point de vue ?

François Mescam. Vous venez de tangenter la question centrale : qu'est-ce qu'on peut appeler du grand calcul (HPC, high performance computing) et qu'est-ce qui n'en est plus ? Pour moi, le grand calcul commence quand il s'applique à des problèmes que l'on ne sait pas encore résoudre. Une fois résolus (par exemple, même si on peut encore en débattre, le problème de vaincre le champion du monde des échecs), il ne s'agit plus de grand calcul. Il faut évidemment tout de même que les machines mises en oeuvre soient puissantes voire très puissantes. On ne fait pas de grand calcul avec un PC isolé.

Je me limiterai aux problèmes principaux que nous traitons à l'Onera, c'est-à-dire la simulation des phénomènes physiques au sens large. Le domaine le plus traditionnel, bien entendu, c'est l'aérodynamique, à quoi se sont ajoutés la combustion et plus récemment, l'électromagnétisme pour la furtivité et la compatibilité électromagnétique.

Dans nos domaines, le calcul haute performance s'applique le plus souvent à des modélisations par éléments finis pour trouver une solution approchée à des systèmes d'équations aux dérivées partielles qu'on ne sait pas résoudre analytiquement. Si l'on savait le faire, par exemple avec du calcul formel, on n'aurait pas besoin de grand calcul.

Ne pas savoir résoudre, cela peut vouloir dire simplement qu'on n'atteint pas une précision suffisante.... par exemple faute de moyens suffisants.

Mais, selon la loi de Moore, vous devriez disposer aujourd'hui de moyens plus de mille fois importants qu'il y a vingt ans. Qu'est-ce que cela a changé pour le grand calcul ?

F.M. L'outil numérique n'est qu'une partie des moyens de calcul en aéronautique. Le grand calcul est l'outil théorique qui complète l'outil pratique, c'est à dire la soufflerie suivie des essais en vol. Une soufflerie, au fond, c'est un simulateur analogique. Je dirais presque, un calculateur analogique.

Il y a certaines grandeurs qui sont très difficiles à accéder en vol, parce que l'avion y est nécessairement en équilibre. D'où l'intérêt de la soufflerie. Elle utilise la même physique que le vol, mais on peut y étudier des situations de déséquilibre, des incidences aussi grandes qu'on veut... pourquoi pas mettre un Airbus sur le dos...

Il faut que la simulation soit suffisamment précise. Mais ce n'est pas toujours l'essentiel. Souvent, du moment que le vol donne un résultat qui va dans le même sens que la simulation, il n'y a plus qu'à faire un recalage. Ce qui est grave, c'est quand la simulation laisse espérer un gain en faisant telle modification, et que l'essai en vol fait au contraire apparaître une perte. L'exemple type de ce qu'on n'avait pas prévu, c'est ce qu'on a découvert en passant le mur du son, qui exige une inversion des commandes : il faut pousser le manche pour faire monter !

Sur le fond, le principe de la conception n'a pas changé. Il faut dessiner une aile qui soit assez épaisse pour y mettre suffisamment de carburant, mais suffisamment fine pour qu'elle ne traîne pas trop. Cela relève toujours de l'art de l'ingénieur. La règle à calcul a simplement été remplacée par la simulation numérique. Mais l'environnement de conception a radicalement changé : il y a encore 25 ans, on travaillait à la planche à dessin. Maintenant, les bureaux d'étude ne montrent plus que des écrans. Mais la rupture technologique du calcul ne débouche pas sur des ruptures au niveau du mode de conception. Et l'ordinateur ne suggère pas de lui même de nouvelles formes d'avion, pas plus qu'il ne propose de nouvelles formes de ponts.

On ne peut pas non plus certifier un avion par le calcul. Ce ne serait pas accepté par les autorités de certification. En revanche, aujourd'hui, avant même de l'avoir mis en fabrication, on en a fait une maquette numérique complète, avec une résolution suffisante pour visualiser n'importe quel rivet en gros plan à l'écran. Et quand on fabrique le premier exemplaire, on est pratiquement sûr qu'il va voler : le premier vol est déjà un vol d'essais, avec de l'instrumentation à bord, pour commencer tout de suite à vérifier des hypothèses (par exemple l'effet d'un changement d'incidence, de trois à cinq degrés). On gagne ainsi beaucoup de temps, ce qui est important pour la mise sur le marché.

Malheureusement, au niveau des moyens, la France prend actuellement du retard, parce que les autres pays continuent à avancer, alors que nos moyens ne progressent pas. Nous disposons actuellement d'un NEC SX5 à 16 processeurs, complété par un SX6 à 8 processeurs. En outre, nous sommes partenaires du CCRT (Centre de calcul recherche et technologie) installé au CEA (à Bruyère le Chatel). Mais les grands calculateurs, comme les petits, ont une durée de vie limitée. Notre SX5 a atteint son stade d'obsolescence limite : avec un an de maintenance, nous pourrions acheter une machine de performances équivalentes.

Tant que les problèmes que l'on traite ne sont pas encore résolus on est contraint de progresser, sinon on finit par ne plus faire de grand calcul, si l'on stagne à puissance constante. Il faut au moins disposer d'un budget constant, pour progresser à la vitesse de la loi de Moore.

Que feriez-vous de plus avec une puissance plus grande ?

F.M. Nous pourrions gagner en précision. Actuellement, nous travaillons sur plusieurs millions de points. Nous voudrions passer à plusieurs dizaines de millions de points. Cela nous permettrait par exemple de prévoir que sur un vol Paris-San Francisco, on puisse mettre 121 passagers et non 119. En outre, de telles recherches sont passionnantes.

Le rêve, ce serait un simulateur de vol qui calcule la physique en temps réel. Quant on tirerait sur le manche, c'est toute la physique qui serait calculée, et le fait que l'avion monte ne découlerait pas d'une donnée macroscopique fournie par un étalonnage a priori. C'est alors que l'on pourrait dire que le problème est complètement résolu.

Propos recueillis par Pierre Berger
La Lettre de STIC Hebdo