Aperçu de l'informatique accélérée

Qu'est-ce que le calcul accéléré ?

Le calcul accéléré est une approche informatique utilisée dans les applications universitaires, de recherche et d'ingénierie. Il implique l'utilisation de processeurs dédiés travaillant en conjonction avec des unités centrales traditionnelles afin d'obtenir des calculs plus rapides. Étant donné que l'informatique accélérée combine des unités centrales et d'autres types de processeurs sur une échelle égale, elle est également appelée informatique hétérogène.

Les unités de traitement graphique (GPU) sont les processeurs les plus utilisés. Les unités de traitement des données (DPU) représentent une catégorie émergente qui facilite l'amélioration et l'accélération de la mise en réseau. Chacune de ces unités, en conjonction avec le processeur hôte, joue un rôle distinct dans l'élaboration d'un système unifié et équilibré. Un système informatique accéléré offre une rentabilité globale supérieure et des performances et une efficacité énergétique améliorées par rapport à un système reposant uniquement sur une unité centrale.

Le calcul accéléré est apparu dans les ordinateurs personnels et s'est développé dans les superordinateurs. Il est utilisé dans les ordinateurs personnels, les smartphones et les services en nuage. Aujourd'hui, les systèmes commerciaux et techniques utilisent le calcul accéléré pour gérer des tâches telles que l'apprentissage automatique, l'analyse de données, les simulations et les visualisations.

Comment le calcul accéléré s'est-il développé ?

Les coprocesseurs, matériel spécialisé conçu pour améliorer les performances d'un processeur hôte, sont présents depuis longtemps dans les ordinateurs. Leur importance est apparue vers 1980 avec l'introduction des processeurs à virgule flottante, qui ont conféré aux PC des capacités mathématiques avancées. La décennie suivante a vu l'explosion de la demande d'accélérateurs graphiques, alimentée par l'essor des jeux vidéo et des interfaces utilisateur graphiques.

• En 1999, NVIDIA a marqué un tournant avec le lancement du GeForce 256, la première puce dédiée au déchargement des tâches de rendu 3D du CPU. Cette étape a également été marquée par l'utilisation pionnière de quatre pipelines graphiques pour le traitement simultané, et NVIDIA a inventé le terme "unité de traitement graphique" (GPU), établissant ainsi une nouvelle catégorie d'accélérateurs informatiques.

• En 2006, NVIDIA avait vendu 500 millions de GPU. Parallèlement, certains chercheurs ont commencé à élaborer des codes permettant d'exploiter les puissantes capacités des GPU pour des tâches dépassant les capacités des CPU. Sous la direction de Lan Buck, CUDA a été introduit, un modèle de programmation visant à exploiter les moteurs de traitement parallèle des GPU pour diverses tâches.

• Associé à un processeur G80 en 2007, CUDA a propulsé une nouvelle série de GPU NVIDIA, apportant l'accélération du calcul à un éventail toujours plus large d'applications industrielles et scientifiques.

Cette gamme de GPU dédiés aux centres de données évolue régulièrement avec de nouvelles architectures portant le nom d'innovateurs, tels que Tesla, Pascal, Volta et Ampere. Dans le monde entier, les experts en calcul de haute performance ont utilisé ces GPU pour construire des systèmes HPC accélérés, menant ainsi des projets scientifiques révolutionnaires. Leurs travaux couvrent aujourd'hui des domaines variés, allant de l'étude astrophysique des trous noirs au séquençage du génome, et bien plus encore.

Pourquoi le calcul accéléré est-il important ?

Le calcul accéléré et l'intelligence artificielle dans l'ère moderne

À l'ère de l'intelligence artificielle, le calcul accéléré joue un rôle crucial. C'est l'une des techniques clés permettant l'épanouissement des modèles d'apprentissage profond en fournissant une puissance de calcul efficace. Dans le domaine de l'apprentissage automatique, la formation des modèles est une tâche à forte intensité de calcul. L'utilisation de dispositifs de calcul accéléré, en particulier les GPU, peut réduire considérablement le temps nécessaire à l'apprentissage du modèle, en accélérant le processus d'itération et d'optimisation de l'algorithme. L'IA, à son tour, est un allié essentiel dans le développement de l'informatique accélérée. Des entreprises telles qu'American Express l'utilisent pour prévenir les fraudes à la carte de crédit, tandis que les sociétés de télécommunications explorent l'intelligence artificielle pour fournir des services 5G intelligents.

Améliorer l'efficacité énergétique

L'informatique accélérée peut également contribuer à améliorer l'efficacité énergétique. Les processeurs et autres accélérateurs spécialisés sont conçus pour traiter des charges de travail spécifiques plus efficacement que les processeurs à usage général, ce qui permet souvent de réduire la consommation d'énergie par calcul. Par exemple, les GPU offrent une efficacité énergétique 42 fois supérieure à celle des CPU pour l'inférence de l'IA. Il est certain que la transition de tous les serveurs d'IA déployés à l'échelle mondiale de systèmes uniquement basés sur CPU vers des systèmes accélérés par GPU pourrait entraîner des économies d'énergie annuelles considérables, estimées à 10 000 milliards de wattheures. Cette équivalence correspond à la consommation d'énergie d'environ 1,4 million de ménages en un an (voir l'image ci-dessous pour une représentation visuelle).

Résumé

L'informatique accélérée est en voie de transformer le paysage technologique, de bouleverser les paradigmes informatiques conventionnels et d'ouvrir une nouvelle ère d'innovation. Dans le domaine de l'intelligence artificielle et du calcul à haute performance, le calcul accéléré utilise généralement des processeurs dédiés (tels que les GPU) pour augmenter la vitesse de calcul, et utilise des commutateurs d'intelligence artificielle pour connecter et coordonner plusieurs dispositifs informatiques afin d'obtenir un échange de données et une communication efficaces. De l'intelligence artificielle à l'informatique de pointe, en passant par l'exploration scientifique et les soins de santé, l'informatique accélérée est sur le point d'avoir un impact durable sur l'avenir de la technologie. Cette technologie favorise les avancées et débloque des potentiels autrefois considérés comme inaccessibles, façonnant ainsi une trajectoire de progrès dans divers domaines.