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supercalculateur, ordinateur de grande puissance utilisé pour des calculs complexes.

Un supercalculateur, appelé aussi superordinateur, est un ordinateur offrant une capacité de traitement très élevée. Cette capacité fait référence au nombre maximal d’opérations que l’ordinateur est capable de gérer dans une certaine unité de temps. Ce nombre se mesure souvent en mips (millions d’instructions par seconde) ou en flops (nombre d’opérations en virgule flottante par seconde), la notation en virgule flottante étant un format numérique permettant de représenter un nombre à l’aide d’un exposant qui exprime la position de la virgule décimale. Par exemple, le nombre 3 142 s’écrit en notation flottante 3.142E + 3. Un supercalculateur est ainsi capable d’effectuer des milliers de milliards d’opérations par seconde en virgule flottante, et est employé dans tous les domaines nécessitant des calculs à grande échelle, comme la météorologie et la climatologie, la physique des particules, l’astrophysique ou la réalité virtuelle.

Dans la course au supercalculateur le plus rapide du monde, le Blue Gene/L d’IBM, installé au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en Californie, a pris la pole position en juin 2005, avec 136,8 Tflops, soit 136 800 milliards d’opérations par seconde. Quelques mois plus tard, le supercalculateur a encore doublé sa capacité de traitement (et son nombre de processeurs), portant le nouveau record de vitesse de calcul à 280,6 Tflops. Par ailleurs, IBM dispose d’un autre supercalculateur sur le site du LLNL, l’ASC Purple, dont l’architecture lui permet d’atteindre une puissance de 100 Tflops. Avec ces deux machines, le LLNL dispose d’une puissance de calcul phénoménale, utilisée notamment pour des simulations d’armes nucléaires et l’étude de molécules biologiques. La puissance de calcul des supercalculateurs va encore augmenter dans les années à venir en raison des besoins de simulation de plus en plus importants en recherche fondamentale et appliquée.

Un supercalculateur tire sa puissance de calcul de son architecture : il possède généralement plusieurs processeurs (de quelques dizaines à plusieurs milliers) pour effectuer les calculs. On parle dans ce cas de traitement parallèle. Les tâches sont réparties entre tous les processeurs, et sont exécutées simultanément, permettant ainsi un gain de temps considérable.

Les processeurs communiquent entre eux — par exemple pour échanger des données, ou pour se synchroniser —, constituant ainsi un réseau. La topologie de ce réseau (la façon dont sont connectés les processeurs) est très importante, puisqu’elle conditionne le temps mis par un message pour passer d’un processeur à un autre, et donc la vitesse du supercalculateur. Il existe différentes topologies possibles : circulaire, cubique, ou toroïdale. Chacune présente des avantages qui lui sont propres, aussi le choix d’architecture dépend étroitement du problème à traiter et de la façon dont on souhaite organiser les calculs.

Par ailleurs, les capacités de mémoire sont gigantesques, la mémoire vive pouvant s’évaluer en téra-octets (To), c’est-à-dire en milliers de méga-octets (Mo). Cette mémoire peut être soit centralisée — on parle alors de mémoire partagée —, soit distribuée à chacun des processeurs. Dans le premier cas, tous les processeurs peuvent lire et écrire dans le même espace de stockage, ce qui peut créer des problèmes si plusieurs processeurs veulent écrire au même endroit simultanément. Dans le second cas, chaque processeur possède sa mémoire de travail et ne rentre pas en conflit avec ses voisins. Mais contrairement à une architecture centralisée, si les processeurs doivent échanger des informations, ils devront alors s’envoyer des paquets de données, ce qui peut ralentir le calculateur.

Il est enfin à noter qu’avec l’augmentation sensible de la puissance des ordinateurs personnels, qui se rapprochent par leurs performances des premiers supercalculateurs, il est possible de relier des micro-ordinateurs dans un réseau (local ou non), et de distribuer un calcul sur ces machines, offrant ainsi une réduction de coût comparé aux supercalculateurs classiques.