09/01/2002 - DRRT, Région Rhône-Alpes Laurent Desbat, Université Joseph Fourier, Grenoble
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Méso-informatique et calcul distribué à haute performance
Projet du CPER
CIMENTCalcul Intensif Modélisation
Expérimentation Numérique et Technologique
09/01/2002 - DRRT, Région Rhône-AlpesLaurent Desbat, Université Joseph Fourier, Grenoble
http://ujf-grenoble.fr/CIMENT
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Plan
• CIMENT : Projet mésoinformatique pour le calcul• Actions Tranversales
– Coordination– Collaborations scientifiques et techniques– Formations
• Bilan scientifique des différents projets• Perspectives
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Contexte général calcul à Grenoble
• Utilisation des centres de calculs nationaux– IDRIS, CINES
• Partenariats régionaux– Avec le CEA : financement 2000-2006 (Région -
CEA) 7MF
• Développement de projets « calcul » mésoscopiques au sein des universités de Grenoble
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Équipement pour le calcul du projet CIMENT
• Projets– Observatoire, MIRAGE, Grappe de PC, Chimie calculatoire (CECIC), BioIMAGe,
PhyNum– Formation transversale au niveau des écoles doctorales
• Financement – Appel à projet national de Guy René Perrin, Nov 98 (2MF) + COMI CNRS– CPER 2000/2006 : 15MF
• MENRT, INRIA, Région, Métro,Ville de Grenoble
– Compléments CNRS, IMAG, INPG, INRIA, etc.
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Financement dans le cadre du CPER(en MF)
Projets 2001 2002 2004 2005-2006Grappe de PC 3,7
Chimie calculatoire 1,5Physique numérique 1,5
BIoIMAGe 0,8 1Soutien à la formation 0,4
JouvencesSCCIOG 2MIRAGE 1,5
Autres Jouvences 2,6Total 8,9 6,1
MENRT,INRIA, Région, Métro,Ville de Grenoble
+ co-financement CNRS/projet et soutien en terme de poste d’ingénieur
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Financement dans le cadre du CPER(en Euros)
MENRT,INRIA, Région, Métro,Ville de Grenoble
+ co-financement CNRS/projet et soutien en terme de poste d’ingénieur
Projets 2001 2002 2004 2005-2006Grappe de PC 564061
Chimie calculatoire 228674Physique numérique 228674
BIoIMAGe 121959 152449Soutien à la formation 60980
JouvencesSCCIOG 304898MIRAGE 228674
Autres Jouvences 396367Total 1356796 929939
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Plan
• CIMENT : Projet mésoinformatique pour le calcul• Actions Tranversales
– Coordination– Collaborations scientifiques et techniques– Formations
• Bilan scientifique des différents projets• Perspectives
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Coordination du projet • Comité de pilotage du projet : définit les grandes orientations
• Conseil Scientifique annuel
• Mise en place d’un séminaire trimestriel (2000)
• Structuration des projets par regroupements de projets : – “ Couplage modélisation hydrologique et météorologique ” inclus dans MIRAGE. – Génétique, bio-informatique et imagerie médicale (BIoIMAGe). – Création du CECIC : Centre d ’Expérimentation du Calcul Intensif en Chimie.– Le projet PhyNum pourrait s’associer au SCCIOG.
• + Participation à la journée CINES-IDRIS de l’automne 1999 et 2000, CEA (Visualisation, journées Petaflops)
• Recrutement d’un Ingénieur de Recherche UJF pour le projet MIRAGE : Laurence Viry + AFIP CNRS pour un AI (TIMC-BioIMAGe) + Profil d’IE (administration de cluster)
• Accès prioritaire aux réseaux rapides au niveau du campus
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CIMENT Campus Cœur Giga/Eth100 (Evolution Q1-2002)Bâtiment OBS Bâtiment IRIGM
Mirage Mécanique
Mirage LMC
Mirage Biologie
Sortie Campus Imag
Secu-UJF
Ethernet 100Ethernet 1000Memory ChannelEthernet 1000 (projet)
FermeOsug
LPG
Pôle Santé
[email protected] Centre de Ressources Informatiques de Proximité - UJF
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Le réseau métropolitain GrenobloisMetroNet phase 1 -> Q4-2000/Q3-2002
Vers LyonParis (NIO2 RENATER)
NRD
622 Mb vers Lyon,Puis 2,5Gb vers Paris
Plaque métro
60 Mb
Campus100 Mb
Inria100 Mb
Viallet
100 Mb
CEA
100 Mb
CNRS
Technologie IP / Ethernet 100 commuté
Technologie IP / ATM
[email protected] Centre de Ressources Informatiques de Proximité - UJF
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Le réseau métropolitain GrenobloisMetroNet phase 2 à compter de Q4-2002
Vers Lyon, Paris
NRD
622 Mb
Plaque métro
100 Mb
Campus1000 Mb
Inria1000 Mb
Viallet
1000 Mb
CNRS
1000 Mb
CEA
Technologie IP / Ethernet 1000 commuté
[email protected] Centre de Ressources Informatiques de Proximité - UJF
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Collaborations Scientifiques• Thèses
– Parallélisation d'un code de calcul en océanographie, Thèse de Grégory Mounié (2000) co-encadrée par Eric Blayo (LMC [MIRAGE]) et Denis Trystram (ID grappe de PC)
– Algorithmes d'ordonnancements optimaux en temps et en mémoire : Etude de cas sur des problèmes en mécanique quantique. Thèse de N. Maillard (Nov. 2001), co-encadrée par P. Valiron (LAOG) et J-L. Roch (ID).
– une thèse co-encadrée depuis 2 ans par le LGIT et le LPM2C : Renaud Hennino (Phynum - Obs)
• Collaborations inter-projets– Simulations de la propagationdes ondes sismiques dans la croûte terrestre (B. Van
Tiggelen (LPMMC), M. Campillo (LGIT))
– Analyse génétique et localisation spatiale: Stéphanie Manel et Françoise Berthoud (BioIMAGe et PhyNum)
– MIRAGE et ID : équilibrage dynamique de la charge dans le raffinement adaptatif de maillage et évaluations de perf. sur cluster
– Méthodes mixtes MM/MQ ( T. Gautier (ID), A. Imberty (CERMAV), A. Milet (LEDSS))
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Collaborations Techniques• Partage des expertises
– Séminaires, liste de diffusion, ingénieurs (bureau partagé au LMC), rapprochement du projet PhyNum de celui de l’Observatoire. Ex :
» Portage de l'interface de programmation parallele Athapascan, developpee au laboratoire ID, sur les machines SMP de l'Observatoire.
» Participation croisée à des commissions techniques d’appel d’offre pour gappes (ID-BioIMAGe)
» collaboration technique entre Françoise Berthout (phynum) et Françoise Roch (obs) : une journée par semaine depuis 1 an.
» Validation du code de dynamique moléculaire Takakaw (ID) dans une architecture SMP (CECIC)
• Expérimentation du calcul hétérogène – projet Data Grid (participation de ID, expérimentation de globus)
– Chimie quantique sur un serveur et une grappe de PC (Obs.)
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Formation doctorale
– Un projet de formation au Calcul Haute Performance transversale aux écoles doctorales (premier cours HIER !)
– deux modules accompagnés de TP (janvier 2002) • Introduction au calcul réparti
– Introduction au parallélisme et au calcul intensif. Formation à l’optimisation de code, à MPI et à OPEN MP. Utilisation de bibliothèques de calcul scientifique (ScaLaPack, …)
• Modélisation numérique et calcul intensif – Différents problèmes apportés par les communautés utilisatrices, leur
modélisation et leur résolution sur une grappe de PC, formeront les TP (MIRAGE, BioIMAGe, PhyNum,…)
– Accueil des cours et des TP au sein de l’UFR IMA
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Plan
• CIMENT : Projet mésoinformatique pour le calcul• Actions Tranversales
– Coordination
– Collaborations scientifiques et techniques
– Formations
• Bilan technique et scientifique des différents projets• Perspectives
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Observatoire de Grenoble P.Valiron et F. Roch
LAOG, LGIT, SGEP du LIS• Projet : calcul intensif en astrophysique et géophysique. • Solution retenue : IBM (SMP 16 procs 375MHz, 16Go, 24Gflops crête et 2
Quadri-Pro, SMP, 4 Go). Solution centralisée. • Financement : 500kF COMI CNRS +165kF quadriennal UJF ; 600kF
Ministère (CIMENT) + 495 KF quadriennal UJF (soutien du ministère quadriennal 400kF/an)
• État d’avancement : fin de mise en place juillet 2000 (coût 1,76MF)• Projets scientifiques (une vingtaine de chercheurs, une vingtaine de
thésards) : évolution stellaire, disque proto-planétaire, astrochimie quantique : dynamiques microphysique, simulation numérique MHD et hautes énergies, propagation des ondes sismiques, reconstruction en sismologie, champs magnétique terrestre, modélisation de
l’ionosphère dans les zones polaires, Interactions cinétiques soleil/terre, ...
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Résolution des équations de Maxwell en 2D
Simulations de propagation d’ondes électromagnétiques
à travers un noyau de comète.
Alexandre Piot
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Modèle de comète
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![Page 43: 09/01/2002 - DRRT, Région Rhône-Alpes Laurent Desbat, Université Joseph Fourier, Grenoble](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062408/5681453d550346895db20591/html5/thumbnails/43.jpg)
![Page 44: 09/01/2002 - DRRT, Région Rhône-Alpes Laurent Desbat, Université Joseph Fourier, Grenoble](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062408/5681453d550346895db20591/html5/thumbnails/44.jpg)
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![Page 46: 09/01/2002 - DRRT, Région Rhône-Alpes Laurent Desbat, Université Joseph Fourier, Grenoble](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062408/5681453d550346895db20591/html5/thumbnails/46.jpg)
Plate forme Mirage E. Blayo, L.Viry
LMC, LEGI, LTHE, LGGE, LEA • Projet : modélisation et calcul pour l’environnement et climat.
• Solution retenue : 7 DS20 (bi-pro alpha EV67, 7x2,5Go, Memory 7 DS20 (bi-pro alpha EV67, 7x2,5Go, Memory Channel) et 3x100Go DD ; LSF et TotalView. Solution répartie sur 3 Channel) et 3x100Go DD ; LSF et TotalView. Solution répartie sur 3 sites.sites.
• État d’avancement : En exploitation depuis janvier 2000 (1,5MF)
• FinancementFinancement : 1,75MF : 1,75MF [ 600kF MENRT, 650kF COMI CNRS, 100kF BQR INPG, 60kF CNES, 200kF des laboratoires ] + 200kF INRIA, soutien du ministère (quadriennal 60kF/an)
• Projets scientifiques (une quarantaine de chercheurs, une quinzaine de thésards) : modélisation des calottes polaires, couplage glace-atmosphère, Modélisation océanique, assimilation de données océaniques, modélisation interface sol-végétation atmosphère, hydrologie en zone montagneuse.
![Page 47: 09/01/2002 - DRRT, Région Rhône-Alpes Laurent Desbat, Université Joseph Fourier, Grenoble](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062408/5681453d550346895db20591/html5/thumbnails/47.jpg)
Simulation de la circulation océanique dans la baie de Los Angeles
pour la prévision locale
Calcul parallèle du modèle ROMS (UCLA) -
L. Debreu et E. Blayo (LMC-IMAG)
P. Marchesiello et J. Mc Williams (UCLA).
Température de surface
Trois tailles de maille18km6km2km
Vitesse de l’eau en surfaceRégion calculée
Région visualisée
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Pôle de chimie calculatoireS.Perez et P.Vatton
LEDSS, CERMAV, Cristallographie, LEOPR, DPM
• Projet : création du CECIC : Centre d ’Expérimentation du Calcul Intensif en Chimie
• Solution : Une machine IBM SP (3 quadri Pro Power III 3x8Go) + une machine SGI 0200 quadri pro,4Go (logiciels de modélisation moléculaire)
• Avancement : démarrage : 01/11/01.• Financement : 1,5MF dans le cadre du CPER + 0,5MF CNRS +
462kF sur fonds propres labo• Projets scientifiques (une dizaine de thésards) : Chimie quantique,
Mécanique/Dynamique Moléculaires, Etat condensé, Recherches des Conformations Bio-Actives, Bases de données
![Page 49: 09/01/2002 - DRRT, Région Rhône-Alpes Laurent Desbat, Université Joseph Fourier, Grenoble](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062408/5681453d550346895db20591/html5/thumbnails/49.jpg)
GT Accepteur-OH + XDP-sucre
Mn++
Accepteur-O-sucre + XDP
Etude du mécanisme catalytique d’une N-acétylglucosaminyltransférase dontle site actif comprend in ion Mn2+:
Collaboration : Anne Imberty (CERMAV) - Anne Milet (LEDSS)
Première étude, par simulation numérique du mécanisme d ’action d ’une glycosyltransférese (Au moins 500 gènes (0.5 - 1% du génome humain traduit ) participeraient à l ’expression structurale et fonctionnelle d ’oligosaccharides)
Système modèle :
Gaussian 98: DFT B3LYP5 électrons célibataires54 atomes, dont Mn++.
Optimisation d’une géomètrie4 jours CPU, 4 processeursespace disque 150 Mo.
Demande environ 25 optimisations géométriques !
En prévision: MM / QM
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Grappe de PCD.Trystram, P. Augerat
ID, SIRAC et ReMaP (ENS L)• Projet : expérimentation des systèmes et du calcul distribué sur
une grappe de PC.
• Solution envisagée : 100 PC (bi-pro, 1Go) disposant d’un réseau rapide de technologie myrinet. Solution massivement distribuée.
• État d’avancement : expérimentation locale le i-cluster (225 PIII en réseau ethernet : no=385 du TOP 500/81,6Gflops). Un appel d’offre infructueux en cours de réactualisation. Simplification vers une solution grappe très intégrée
• Financement : 5MF (0,8MF MENRT, 0,3MF ENSL + CPER : 2,5MF INRIA et 1,2MF Région)
• Projets scientifiques (une dizaine de thésards) : outils d’exploitation et méthodes de programmation (projet RNTL : CLIC Bull, Mandrake,UJF distribution linux pour cluster incluant MPI/OPEN MP,…, athapascan).
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Linpack 81,6 Gflops = rang 385 au TOP 500 (mi-2001)
Nombre de noeuds
Gflops
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• Projet : Imagerie et modélisation biomécanique médicales Biologie informatique et analyse génétique spatialisée.
• Solution : modifiée au printemps 2001 pour migrer d ’une solution à base d ’alpha vers une grappe de PC
• Avancement : Grappe de 24 Bi-pro Athlon 1800+, 3Go, Ethernet 100 (x2)+1000.
• Financement : deux tranches CPER 800kF 2001, 1MF 2002(?) • Projets scientifiques (une vingtaine de chercheurs, une quinzaine de thésards) :
reconstruction rapide en imagerie 3D, atténuation et diffusion en imagerie nucléaire (quantification), IRMfonctionnelle 3D, modélisation biomécanique d ’organes, Equations de Maxwell pour la modélisation de neurones, pôle bio-informatique (étude des structures génétiques spatiales, identification de matrices d ’interaction génique, modélisation du génome,…)
Projet BIOIMAGE L. Desbat G. Bourrel
TIMC-IMAG UMR 5525, INSERM 438, RMN Bioclinique, Laboratoire de Biologie des Populations d'Altitude
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Collaboration TIMC-IMAG ; LETI/CEA ID-IMAG-INRIASchéma de compression de calcul en tomographie dynamique
Composentes Composentes fréquentiellesfréquentielles
DecompositionDecompositionindirecteindirecte
Rétro-Rétro-projectionprojection
SynthèseSynthèse
53
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Résultats• Compression de calcul 3 à 5 fois plus
rapides sur des images 512x512x32 en séquentiel que FBP
• Parallélisation sur le i-cluster : résultats récents Temps de reconstruction d'un volume 256x256x32
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Nombre de processeurs
Tem
ps C
PU (s
)
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Projet PHYNUMA. Pasturel et F. Berthoud
IPMC (LPM2C, CRTBT, LEPES, SPECTRO, Louis Néel)
• Solution envisagée : centralisée, 16 à 32 proc, 16 à 32 Go mais évolution possible vers une grappe de PC
• Avancement : 2002, couplage envisagé avec l’Observatoire.• Financement : Dans le cadre du CPER (1,5MF 2002)• Projet scientifiques (une dizaine de chercheurs, une quinzaine de thésards)
– Simulations de la propagation des ondes sismiques dans la croûte terrestre- Etude de la diffusion multiple de la lumière en milieu complexe- Supraconductivité dans des systèmes de dimension réduite- Transport thermique dans un conducteur mésoscopique- Manipulation des états quantiques dans des nanocircuits supraconducteurs- Elasticité de la croissance cristalline et auto-organisation de nanostructures- Structures d'équilibre et dynamique réactionnelle de surfaces- Thermodynamique et Transition de Phases.- ...
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Bilan scientifique
• Une communauté d’une centaine de chercheurs et d’environ 70 thésards
• Contribue à une centaine de publications par an dans des revues à comité de lecture et des conférences internationales
• Perspectives riches dans chacune des disciplines avec des enjeux sociétaux, économiques importants
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Plan
• CIMENT : Projet mésoinformatique pour le calcul• Actions Tranversales
– Coordination– Collaborations scientifiques et techniques– Formations
• Bilan scientifique des différents projets• Perspectives
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Perspectives techniques et formation• Maturation des grappes de PC (matériel et
logiciel) => solutions économiques du calcul intensif => Plus grande diffusion
• Renforcement des actions transversales– Projet d’administration centralisée de grappes de PC
distribuées (Philippe Augerat)
• Nécessité de former les étudiants et les chercheurs aux techniques de calcul intensif – Formation doctorale– Formation permanente + collaboration avec les
centres de calcul nationaux
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Perspectives scientifiques• Projet ACI GRID (janvier 2002)
– Grilles des projets CIMENT– Essor des techniques de Monte Carlo en Physique
Numérique, imagerie nucléaire, etc.
• Développement de méthodes et outils d’administration de l’informatique distribuée (administration de grappes, caches WEB) + bio-info (reconstruction d'arbres de phylogénie).
• Propres à chacune des disciplines (environnement, climat et développement durable, Biologie, Biochimie et Bioinformatique, etc…)
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FIN