LES MOTEURS DE DÉCOUVERTE : LA RÉVOLUTION DU 21ÈME SIÈCLELE PLAN À LONG TERME POUR LE CALCUL DE HAUTE PERFORMANCE AU CANADA

août 2005

LES MOTEURS DE DÉCOUVERTE : La révolution du 21ème siècle

Les avantages du plan à long terme

Les avantages pour les chercheurs

• Accès : de véritables possibilités d’obtenir l’accès à desressources puissantes de calcul sur les plans nationalet régional

- processus d’application des ressources simplifié

- occasions continues et compétitives d’allocation des ressources

• Possibilité : appui à des projets de rechercheambitieux et à durée critique (ce qui atténue les délaiset les incertitudes quant au cycle de financement)

• Durabilité : accès à des projets ambitieux à long terme(ce qui permet la planification pour la recherche et ledéveloppement personnel)

• Coordination:

- accès rapide aux infrastructures appropriées sur lesplans régional et national

- programmes d’aide salariale à frais partagés pour lepersonnel technique local compétent

- croissance d’un bassin d’employés qualifiés en sou-tien technique au Canada

- établissement d’un réseau national de soutien tech-nique pour tous les utilisateurs

• Autonomie : contrôle local pour les stations de travailpuissantes et infrastructure informatique de supportaux groupes de recherche

Les avantages pour les organismes sub-ventionnaires fédéraux et provinciaux

• Transparence : planification et mise en œuvre limpides

• Cohérence : détermination nette des besoins enmatière de ressources et de la qualité des propositions

• Efficacité : utilisation coordonnée du matériel et dupersonnel informatiques

• Compétitivité : maintien d’un milieu de recherchecompétitif à l’échelle internationale

• Cohérence : diffusion coordonnée des techniques etdes résultats dans l’ensemble du Canada

• Transparence : injection appropriée et bien gérée des ressources

• Rentabilité : plan national coordonné qui empêche ledédoublement des efforts locaux indépendants

• Responsabilité financière : reddition de comptes enmatière de finances et de gestion

Les avantages pour l’industrie

• Guichet unique :

- accès à d’importantes ressources informatiques pourla recherche

- solutions scientifiques rapides pour résoudre lesproblèmes et pour le développement de produits

- une approche à peu de frais d’essai avant achat pour les PME

- une base de connaissance bien entretenue pour les chercheurs

- un service de surveillance technologique comprenantdes alertes opportunes

- PHQ : accès à une main-d’oeuvre qualifiée pourl’économie du savoir

- Applications formidables : l’industrie de pointe de demain repose sur la recherche de pointe d’aujourd’hui

Le conseil de direction d’AssociationC3.ca Inc. a amorcé et appuyé l’élabo-ration de ce plan à long terme

« Parce que je n’effectue pas

des calculs de hauts niveaux,

je me suis demandé ce que le

plan peut m’apporter. D’autres

chercheurs de par le Canada

se posent peut-être la même

question. J’ai commencé à

rédiger ces points et ça m’a

rapidement convaincu. »

Dr Andrew RutenbergFaculté de la physique et des sciences atmosphériques

Université Dalhousie

Table des matières

Préface 4

Avant-propos 6

Un jour 8

Sommaire 18

Impacts, résultats, possibilités et avantages des recommandations 19

Concurrencer sur le marché numérique 20

Besoins en matière de CHP 22

Organisation actuelle pour réaliser le CHP 24

Initiative nationale proposée : IMPACT Canada 25

Financement 27

Conclusion 30

Chapitre 1 : Introduction 33

Qu’est-ce que le calcul de haute performance? 35

Le Canada et le CHP 37

Personnes, applications, communications et technologie (PACT) 40

IMPACT Canada 41

Recommandations obligatoires 43

Chapitre 2 : Technologie et communications 47

Introduction 47

La technologie 48

Anneaux de capacité des calculs 50

Données et visualisation : Interpréter les données 58

Les réseaux et la grille 59

Table des matières

Table des matières

Chapitre 3 : Infrastructure humaine 65

Équipes de recherche 65

Programmes de recherche 67

Personnel de soutien 68

Formation des chercheurs 71

Financement pour le personnel de soutien du CHP 73

Chapitre 4 : IMPACT CANADA : Un organisme national pour le CHP 79

Chapitre 5 : Financement 91

Investissements dans le CHP au Canada jusqu’à présent 92

Penser stratégie 92

Choix averti : Exigences en matière d’investissements dans le CHP 93

Recommandation pour le financement 102

Mécanismes proposés pour diffuser l’information sur le financement 102

Résumé 104

Foire aux questions 111

Références 113

Table des matières

Études de casNeurochem et un traitement contre la maladie d’Alzheimer 31

Conserver la beauté de l’environnement au Canada 32

Comprendre la puissance du soleil 44

Comprendre notre univers 45

Des superordinateurs aux superstimulateurs : Garder le cap de l’industrie aérospatiale au Canada 62

Au cœur du sujet : Modeler l’arythmie chez les humains 63

La prévision des éléments météorologiques : En pleine croissance au Canada 64

Simuler la vie 75

Observer le monde dans un grain de sable 76

La modélisation de maladies infectieuses chez les animaux 77

La simulation qui offre une stimulation aux cardiaques 78

Fouiller la mémoire et redresser les esprits 86

Des économies de haute performance grâce à la conception de médicaments assistée par ordinateur 87

Le CHP contribue à définir la structure des protéines 88

Vrai ou faux? La validation dynamique de la fiabilité et de l’authenticité des dossiers numériques 89

Le CHP aide à combattre des épidémies parmi les populations humaines 105

Aider les Canadiens à mieux respirer à l’aide du CHP 106

Révéler le langage de la vie 107

La surfusion des liquides à l’aide du supercalcul 108

Repousser les limites du CHP pour comprendre l’univers 109

Le CHP dans l’industrie de la création de contenu numérique 110

Préface

Le calcul de haute performance (CHP) transforme la recherche au sein des

universités, des hôpitaux et des industries du Canada. Les simulations et

modèles informatiques complètent, et même supplantent, les expériences

traditionnelles sur le terrain ou en laboratoire dans de nombreuses disciplines.

En outre, d’importants ensembles de données provenant d’expériences à

grande échelle sur le terrain sont traitées, stockées et partagées. Des labora-

toires numériques permettent d’accéder à des domaines autrement inacces-

sibles et donnent des aperçus qui étaient inconcevables il y a quelques années.

La recherche mondiale a connu une hausse importante de la demande pour le

CHP dans les domaines traditionnels des sciences et de l’ingénierie, de même

que dans les sciences sociales et humaines. En 1999, le Canada occupait une

place minime dans la recherche axée sur le CHP mais cette année, le premier

financement pour le CHP a été octroyé par la Fondation canadienne pour l’in-

novation. La combinaison subséquente du financement fédéral, provincial et

industriel permet au Canada d’attirer des experts internationaux, d’établir une

base solide pour la recherche en matière de CHP et de former un personnel

hautement qualifié. Le nombre de chercheurs qui utilisent le CHP est passé de

quelques centaines en 2000 à plusieurs milliers en 2004 (et ce nombre connaît

une croissance rapide).

De nos jours, le CHP est omniprésent. Il a une incidence sur notre vie de tous les

jours à un point tel que la plupart des gens ne peuvent l’imaginer. Le présent

document fait ressortir cela de deux façons : en premier lieu par le biais d’un

récit qui montre les nombreux impacts du CHP dans la vie quotidienne d’un sim-

ple citoyen; et en deuxième lieu par le biais d’études de cas qui montrent com-

ment la recherche axée sur le CHP façonne l’avenir. Ces illustrations mettent en

évidence la nécessité d’un soutien si le Canada veut faire partie des concurrents

de « l’économie du savoir ».

Malgré les progrès réalisés au cours des cinq dernières années, il n’y a présente-

ment aucun plan clair pour soutenir la recherche qui fait appel au CHP. Nos

antécédents indiquent clairement que les initiatives sporadiques de CHP ne sont

ni rentables ni compétitives et qu’elles n’ont pas d’effet durable. C3.ca – l’orga-

nisation qui coordonne le CHP au Canada – reconnaissant le besoin pour une

vision à long terme et un financement stable, a réuni un groupe d’experts en

vue d’élaborer un plan à long terme (PLT) pour le CHP. En voici le résultat. Les

travaux de ce groupe ont obtenu l’appui du Conseil national de recherches du

Canada, de la Fondation canadienne pour l’innovation, des Instituts de

recherche en santé du Canada, du Conseil de recherches en sciences naturelles

et en génie, du Conseil de recherches en sciences humaines et de CANARIE Inc.

Le groupe a commencé ses travaux en décembre 2002. Depuis, il a tenu des séances

régionales (Calgary, Toronto, Ottawa, Montréal et Halifax) et des assemblées

publiques locales de par le Canada. Il a largement diffusé un rapport sommaire et

a demandé la participation des collectivités pendant l’élaboration du plan.

Préparer un plan à long terme pour le CHP est particulièrement exigeant car il

s’agit d’une technologie habilitante pour un éventail très varié de chercheurs et

parce qu’il a une plus grande incidence sur les chercheurs que toute autre infra-

structure importante de recherche au Canada. Les impacts industriels sont

également assez répandus, des secteurs du commerce et des ressources

naturelles aux domaines de très haute technologie tels que l’aérospatiale et la

biotechnologie. Nous ne pouvons représenter tous les domaines touchés par le

CHP dans le présent document. Nous présentons plutôt un échantillon représen-

tatif des applications sous la forme d’études de cas : ces études représentent la

Préface

4

Préparer un plan à long terme pour le CHP est particulièrementexigeant car il s’agit d’une technologie habilitante pour un éventailtrès varié de chercheurs et parce qu’il a une plus grande incidence surles chercheurs que toute autre infrastructure importante de rechercheau Canada.

justification scientifique (dans son sens large) du financement soutenu du CHP

canadien. Les cinq chapitres décrivent la technologie, les ressources humaines,

la gestion proposée, la structure de sensibilisation et le financement nécessaire

pour le plan. Les encadrés latéraux qui se trouvent tout au long du document

donnent des renseignements à l’appui de l’information principale. Le rapport a

été rédigé en tenant compte que de nombreuses personnes liront les sections

qui les intéressent particulièrement plutôt que le rapport en entier. Par con-

séquent, le rapport comprend certaines répétitions des points et exemples clés.

Il faut souligner que ce plan à long terme met l’accent sur une vision et des recom-

mandations générales. Le CHP évolue rapidement et le détail des besoins à un

moment précis doit être établi dans le contexte de pointe de ce moment particulier.

Alors que le PLT terminait sa dernière ronde d’examens, deux annonces

majeures illustrant l’importance qu’accordent les autres pays au CHP ont fait

ressortir la nécessité d’une stratégie canadienne. Premièrement, le Congrès

américain a récemment adopté la loi H.R. 4516, the Department of Energy High-

End Computing Revitalization Act of 2004 (loi de 2004 sur la revitalisation du

calcul de pointe du ministère de l’Énergie), qui renforcera les efforts déployés

par les États-Unis en matière de supercalcul en mettant sur pied un programme

de recherche et développement (R.et D.) au sein du ministère de l’Énergie (DOE)

pour développer de nouvelles capacités de calcul inégalées. Le projet de loi

autorise également le DOE à établir des installations de superordinateurs qui

donneront l’accès aux chercheurs américains à certains des ordinateurs les plus

avancés au monde. Deuxièmement, le Conseil allemand des sciences a récem-

ment recommandé que trois ordinateurs de haute performance de premier plan

soient mis sur pied en Europe et que l’un d’eux se situe en Allemagne. Ils ont

observé que sur le palmarès des 500 premiers CHP, il y a 128 superordinateurs

en Europe [par opposition à 7 au Canada]. Le Conseil des sciences a indiqué que

les tentatives d’établir un tel superordinateur européen en Allemagne

coûteraient au gouvernement allemand de 30 à 50 millions d’euros.

Le groupe de rédacteurs du plan à long terme a tiré profit des commentaires

qu’ont donné de bonne grâce un large éventail de chercheurs à la fois au

Canada et à l’étranger, notamment ceux qui ont contribué à la préparation des

études de cas, le comité consultatif du PLT et le conseil d’administration de

C3.ca. Nous apprécions énormément le temps qu’ils y ont consacré ainsi que

leurs commentaires. Nous sommes également reconnaissant de l’appui enthou-

siaste des collectivités lors de la mise au point du PLT. Les rétroactions des mem-

bres des collectivités ont grandement influencé la forme du présent document

et nous leur sommes redevables. Parmi les autres intervenants qui ont large-

ment contribué au projet se trouvent le Dr Andrew Pollard, Cathy King,

Leontien Storrier, le Dr Paul Lu et Claudette Tourigny.

En dernier lieu, je suis redevable aux membres du groupe qui ont consacré beau-

coup de leur temps, énergie, sagesse et connaissances scientifiques à la prépara-

tion de ce document. J’apprécie énormément leur travail, leur bonne humeur et

leur amitié dans le cadre de ce processus exigeant, éducatif et plaisant.

R. Kerry Rowe, ing., MSRC, FCAE

Président, groupe de rédacteurs du plan à long terme

Université Queen’s, janvier 2005

Au nom de :

Jonathan Borwein, Université Simon Fraser et Université Dalhousie

Russell Boyd, Université Dalhousie

Gilbert Brunet, Environnement Canada

Hugh Couchman, Université McMaster

Alan Evans, Université McGill

Martyn Guest, Daresbury Laboratory, Angleterre

Ian Lancashire, Université de Toronto

Jonathan Schaeffer, Université de l’Alberta

Préface

5

Avant-propos

De par le monde, la mise en application des technologies de l’informa-

tion et des communications toujours plus évoluées a révolutionné pra-

tiquement tous les types de demandes de renseignements, de l’étude

des climats et des courants océaniques à l’élaboration de théories sur les inter-

actions des structures de cristallisation des protéines et des particules sub-

atomiques. De tels travaux sont dorénavant fondamentalement quantitatifs et

computationnels : ils requièrent à la fois des ordinateurs de haute performance

pour effectuer les analyses mathématiques et des réseaux de pointe pour

recueillir et partager les ensembles de données dont l’envergure ne fait que

croître. L’enjeu n’est rien de moins que l’utilisation de ces nouvelles technolo-

gies pour l’invention de meilleures méthodes de recherche.

Au cours de la dernière décennie, une nouvelle infrastructure a été mise sur

pied au Canada pour appuyer cette transformation essentielle des travaux de

recherche. Grâce à un financement stratégique obtenu auprès de la Fondation

canadienne pour l’innovation (FCI) et Industrie Canada, de même qu’auprès de

sources provinciales et institutionnelles, les chercheurs canadiens ont main-

tenant accès à une variété de ressources régionales en matière de calcul de

haute performance (CHP) qui était de l’ordre du fantasme il y a à peine dix ans,

ainsi qu’à une série de réseaux de pointe pancanadiens pour établir la connex-

ion entre eux. Les installations de CHP régionales et les réseaux se comparent

aux meilleurs dans le monde, une réalisation qui vaut la peine d’être soulignée.

Ce sont les pierres angulaires sur lesquelles nous allons supporter la révolution

sur la manière d’effectuer la recherche – c'est-à-dire comment les avantages

économiques et sociaux découlent de cette recherche – ne fait que commencer.

Le plan à long terme pour le CHP décrit dans ce rapport offre une plateforme

magnifique sur laquelle poursuivre cette révolution au Canada. Les prochaines

étapes sont sans conteste le financement soutenu dans l’infrastructure de CHP

pour faire avancer les réalisations des derniers investissements et le développe-

ment organisationnel continu pour faciliter et être à l’avant-garde de ces efforts

collectifs. Les membres de la communauté du CHP méritent nos félicitations

pour avoir pris l’initiative d’élaborer ce plan et d’avoir mis l’accent sur des

recommandations aussi bien défendues.

À vrai dire, un investissement continu dans l’innovation technologique, illustré

par les installations informatiques et les réseaux déployés au Canada,

représente la première phase essentielle d’une stratégie globale pour maintenir

la compétitivité du Canada dans les domaines du CHP. Bien entendu, il s’agit

d’une phase dispendieuse, puisque cette infrastructure devient vite désuète et

doit être constamment modernisée. Toutefois, au fil du temps de tels investisse-

ments continus se traduiront par une infrastructure intégrée « intelligente » ou

« cybernétique » qui procurera à la communauté de chercheurs les outils essen-

tiels nécessaires à des travaux de niveau mondial.

La deuxième phase de la stratégie est tout aussi essentielle. Il s’agit d’un investisse-

ment continu dans la manière dont les communautés de recherche canadiennes et

internationales s’organisent pour effectuer leurs travaux. Au Canada, nous avons

favorisé un consortium pour relever ce défi, comme le démontrent les consortiums

régionaux de CHP, C3.ca, Grid Canada et même de CANARIE.

Avant-propos

6

CANARIE, quant à elle, fournit l’ossature nationale, CA*net 4, qui est sifondamentale pour la recherche axée sur le CHP, et appuie le dévelop-pement parallèle dans des domaines tels que l’apprentissage en ligne,les affaires électroniques et d’autres recherches réseaucentriques. Nous simplifions aussi les processus et l’innovation organisationnelle. Pour renforcer notre rôle de facilitateur de l’innovation, nous conti-nuerons à collaborer avec la communauté du CHP et d’autres pourassurer l’émergence de l’infrastructure intelligente du Canada.

Cela s’est soldé par une série de collaborations solides, multidisciplinaires et multi-

sectorielles bâties autour d’éléments constitutifs institutionnels.

La relation entre ces deux aspects d’une stratégie canadienne globale pour orienter

et renforcer notre compétitivité en matière de recherche – innovation techno-

logique et organisationnelle – est particulièrement étroite puisque l’établissement

et l’utilisation d’une infrastructure intelligente nécessitent de nouvelles méthodes

de collaboration. De nouvelles ententes doivent être conclues et de nouvelles archi-

tectures conçues pour régir la manière dont les données, les logiciels, les réseaux, les

capteurs et autres instruments, de même que les installations telles que les téle-

scopes et les synchrotrons, sont partagés et contrôlés conjointement.

CANARIE, quant à elle, fournit l’ossature nationale, CA*net 4, qui est si fondamen-

tale pour la recherche axée sur le CHP, et appuie le développement parallèle dans

des domaines tels que l’apprentissage en ligne, les affaires électroniques et d’autres

recherches réseaucentriques. Nous simplifions aussi les processus et l’innovation

organisationnelle. Pour renforcer notre rôle de facilitateur de l’innovation, nous

continuerons à collaborer avec la communauté du CHP et d’autres pour assurer

l’émergence de l’infrastructure intelligente du Canada. En réalité, CANARIE et la

communauté du CHP partagent un objectif crucial : assurer que le Canada a l’infra-

structure et les dispositions organisationnelles pour permettre à nos chercheurs non

seulement d’être des collaborateurs efficaces avec le reste du monde, mais aussi

d’être des compétiteurs de premier plan.

Andrew K. Bjerring

Président et chef de la direction

CANARIE Inc.

Avant-propos

7

Un jour

8

Un jour

Un jour

Le calcul de haute performance (CHP) a une

incidence sur la vie des Canadiens au jour le

jour. La meilleure façon d’illustrer cela est de

vous raconter une histoire simple. Il s’agit d’un jour

ordinaire dans la vie d’une famille ordinaire : Russ,

Susan et Ceri Sheppard. Ils vivent sur une ferme à

15 kilomètres de Wyoming, Ontario. La terre pro-

duisait tout d’abord du pétrole et maintenant

donne du lait; ce qui est très bien sur le plan local.

Leur journée – le jeudi 29 mai 2003 – commence à 4 h

30 lorsque le réveil sonne. Une journée chargée. Susan

Zhong-Sheppard prendra un vol pour Toronto afin de

visiter son père, Wu Zhong, au Toronto General

Hospital; il est très malade suite à un accident cérébral

vasculaire. Elle prend une douche rapide et prépare

son sac pour être prête pour le vol qui part à 6 h de

l'aéroport Chris Hadfield de Sarnia. Russ Sheppard

restera à la maison et s’occupera de leur ferme laitière

mais sa journée commence toujours tôt. Leur fille Ceri

peut dormir encore trois heures avant d’aller à l’école.

En attendant, Russ regarde dehors et se fait la réflex-

ion suivante : Ça a été un été sec. Où est la pluie?

Sur la table familiale de la cuisine se trouve un ordi-

nateur personnel muni d’une connexion Internet

haute vitesse. Russ ouvre une session et va sur le site

Farmer Daily. Il clique ensuite sur le lien pour

Environnement Canada, puis sur Ontario et il sélec-

tionne Sarnia-Lambton. Bien, comme il espérait :

Pluie passagère en matinée. Risque d’orages. Vents

du sud à 30 km/h pouvant atteindre 50 km/h et

diminuant à 20 km/h dans l’après-midi. Périodes

ensoleillés. Maximum de 14o

Comptant parmi le million de personnes qui visitent

le site chaque semaine, Russ utilise le CHP, bien qu’il

ne le sache pas. Il y vingt ans, Russ trouvait les prévi-

sions d’Environnement Canada fiables uniquement

deux jours à l’avance. De nos jours, les prévisions

sont plutôt fiables pour une semaine.

Russ pense, Notre Service météorologique comptedes gens très intelligents.

Mais cela ne l’empêche pas de s’inquiéter. Les

Sheppards sont agriculteurs depuis quatre générations,

depuis les années trente où la faim était courante. Une

photo dans le couloir lui rappelle « cette époque ».

Il reste assis un instant, fixant l’écran. Il y a dix jours, le

monde de Russ a été ébranlé. L’encéphalopathie bovine

spongiforme (EBS) est apparue chez une vache de

Wanham, en Alberta, et maintenant sept pays ont

interdit le bœuf canadien. Penser à cette situation le

fatigue car il n’y peut rien.

Qu’est-ce que Susan et lui feraient s’ils devaient abattre

leurs vaches? À cause de la maladie du père de Susan, il

ne peut lui imposer le fardeau de ses réflexions.

Prévision météorologique

Le degré d’exactitude d’une prévision sur cinq

jours en 2003 équivalait à celle d’une prévision sur

36 heures en 1963 [REF 1]. La qualité des prévisions

quotidiennes a augmenté d’environ un jour par

décennie de recherches et de progrès dans le matériel

et les logiciels de CHP. Des prévisions exactes se

traduisent en milliards de dollars épargnés annuelle-

ment dans le domaine de l’agriculture et en ce qui

concerne les frais associés aux catastrophes

naturelles. À l’aide d’un modèle élaboré par le

Dr Keith Thompson de l’Université Dalhousie,

le Service météorologique du Canada a récemment

pu prévoir l’inondation des côtes des provinces de

l’Atlantique suffisamment tôt pour que les habitants

puissent prendre des actions préventives.

La figure illustre la qualité toujours croissante des prévisions

météorologiques

9

Un jour

Recherches sur le Web

Google [REF 2] est alimenté par plus de 30 000 PC

et il effectue des mathématiques informatiques

intelligentes. Il est constitué de trois composants de

CHP distincts qui lui permettent de trouver et d’or-

ganiser les nouvelles, les sciences et bien plus :

• Googlebot, un moteur de recherche Web qui

trouve et récupère les pages Web.

• Un indexeur qui trie chaque mot de chaque page Web

qui se trouve dans une immense base de données.

• Un processus d’interrogation qui compare votre

requête avec l’index et extrait les documents pertinents.

Vingt-quatre heures par jour, Google répond

généralement à une requête en moins d’une seconde

– grâce au CHP.

10

Un jour

Russ demande la page www.google.ca et inscrit

« ebs alberta ». Les nouvelles décrivent l’abattage

d’un millier de bétail suspect en Alberta. Un article

du dernier mois de mars décrit les tests d’EBS effec-

tués dans le laboratoire de santé animale de

l’Université de Guelph : aucun cas positif en 2002.

Quelques échantillons de tissus sont allés à un labo-

ratoire de l’Agence canadienne d’inspection des ali-

ments à Winnipeg. Il trouve le site de l’ACIA et con-

sulte les communiqués émis la veille. L’Agence

recueille actuellement des échantillons pour

effectuer des tests d’EBS en Saskatchewan et un

laboratoire de l’ACIA à Lethbridge réalise l’analyse

de l’ADN pour repérer la vache infectée. Ces spécia-

listes des biorisques appuient leurs recherches sur le

CHP, comme vient de le faire inconsciemment Russ

en utilisant Google.

Russ se dit, D’accord, il se passe quelque chose! Puis il

demande, « Susan, prête à partir? » Russ clique sur le

système programmable sans clé de son nouveau

véhicule utilitaire sport.

Le trajet pour se rendre à l’aéroport Chris Hadfield de

Sarnia prend vingt minutes et un EDR (enregistreur

de données de conduite) situé dans le coussin gon-

flable du chauffeur trace la vitesse du VUS, le régime

du moteur et l’état des freins. Russ tapote la boussole

électronique du véhicule. Susan sort son téléphone

cellulaire et vérifie l’heure de départ. Après les saluta-

tions de Russ à son beau-père, un bisou, un câlin et la

demande de Susan de venir la chercher à 13 h et de

ne pas laisser Ceri dormir tard de nouveau, Susan sort

de l’auto et passe la porte d’embarquement.

En attachant sa ceinture dans l’avion à 18 places Air

Georgian Beech 1900H, elle pense, Ouf! La vie de fille

unique, d’épouse et de mère! Par le hublot elle peut

voir la pluie. Susan regarde la tour de contrôle de la

circulation aérienne tandis que l’avion se prépare au

décollage. Elle se croise les doigts. Depuis qu’elle et

son mari se sont levés, dans leur milieu rural, ils ont

utilisé trois importants systèmes fondés sur le CHP.

Elle place maintenant sa vie dans les mains de

quelqu’un d’autre. La même société qui a construit

l’avion Beech 1900H, Raytheon, a aussi mis sur pied

le CAATS, le Système canadien automatisé de con-

trôle de la circulation aérienne, dont le siège social

se situe à Moncton. Aucun des compagnons de vo-

yage de Susan ne sait que le système de traitement

de données de vol de NavCanada se classe parmi les

meilleurs au monde. Si quelqu’un leur disait, la plu-

part ne seraient pas surpris.

Un moteur à propulsion fabriqué au Canada élève

Susan à plus de 6000 mètres dans les airs. Ce moteur

PT6A de Pratt & Whitney connaît une demande et

un développement continus depuis plus de qua-

rante ans. Si vous avez pris un ascenseur Otis, un

autre produit de Pratt & Whitney vous a permis de

vous élever. Tandis que l’avion s’approche de l’aéro-

port Pearson de Toronto, Susan survole les bureaux

de la société de CHP qui lui permet d’être en vol.

Le CATTS permet un atterrissage en douceur dans la

ville que les amis de Susan nomment ces jours-ci

d’un ton lugubre « la cité de la peste » (plague city).

Susan, qui est née dans la ville de Calgary riche en

pétrole, a déjà entendu son père se plaindre de l’Est

du Canada dans les années 1970 mais il habite

maintenant l’Est et elle se dit, Ainsi va la vie, elle

prend toutes sortes de tangentes. Comme Russ, elle

s’inquiète. Non pas à propos d’une vache de

l’Alberta mais plutôt à cause d’un nouveau virus qui

a voyagé de la Chine jusqu’à l’aéroport Pearson il y

a deux mois. Wu Zhong est une victime de la tour-

mente du SRAS (syndrome respiratoire aigu sévère).

Lundi dernier, l’Organisation mondiale de la santé a

classé Toronto parmi les villes où le SRAS s’est trans-

mis récemment à l’échelle locale, un coup de poing

pour une grande ville déjà isolée. Susan vient

quand même, elle souhaite parler au médecin.

L’avion roule jusqu’à l’aérogare 2. Susan en descend

puis traverse l’aire de trafic sous la pluie. Les 905

(code régional) circulent déjà en masse vers le cen-

tre-ville sur les deux immenses autoroutes, 401 et

427, qui longent l’aéroport Pearson. En cette fin de

printemps, les nuages sont gorgés de pollution et

Susan tousse. Asthmatique de naissance, elle sort

son inhalateur. C’est la première bouffée de la

journée et il est à peine 6 h 55.

Les choses se corsent lorsque Susan prend place au

Tim Horton du niveau des départs à l’aérogare 2.

Elle prend un café, va s’asseoir et lit les journaux qui

jonchent sa table. Hier, la ville de Toronto a mis en

quarantaine 1 700 étudiants et employés de l’école

secondaire Father Michael McGivney Catholic

Academy de Markham jusqu’au 3 juin parce qu’un

seul étudiant présentant des symptômes du SRAS

est allé à l’école la semaine précédente. Sa mère

travaille au North York General Hospital, un des

hôpitaux touchés. Pire, les journaux décrivent com-

ment les Canadiens d’origine chinoise, étiquetés

comme porteurs du SRAS, ainsi que leurs entrepri-

ses et leurs enfants, sont victimes de racisme, de

boycottage et que les gens les évitent. « C’est

ridicule. Qu’est-ce que je fais ici? », se dit Susan. Et

d’une autre table, quelqu’un lui répond, «

Exactement ce à quoi je pensais ma chère. Personne

ne veut qu’une personne comme vous ne descende

d’avion en provenance du siège social du SRAS ces

jours-ci, n’est-ce pas? » Et Susan de répondre, « Que

voulez-vous dire? Je suis de Sarnia et non pas de

Toronto ou de la Chine! » Mais l’autre persiste, «

Oh, vraiment? ... Si j’étais vous ma chère, je ferais

attention où je mets les pieds aujourd’hui. »

Avec autant de dignité que possible, Susan se lève et

marche rapidement dans le hall de l’aérogare, cher-

chant les autobus de la ville pour aller au centre-ville.

C’est vrai, se dit-elle, où sont les voyageurs habituels

aujourd’hui? Quelques personnes à l’expression

sévère la dépassent vivement, se tenant loin d’elle.

Passé les portes automatiques, un autobus de

Toronto Transit est en attente. Susan monte à l’in-

térieur, paye et va directement s’asseoir à l’arrière.

Concevoir un avion

Depuis que Pratt & Whitney a ajouté le CHP à ses

outils – une grille unique d’ordinateurs qui

dirige 15 000 ordinateurs en Amérique du Nord – ses

produits sont mis au point pour la moitié du temps et

du prix. Le siège social de Plateform Computing, la

firme de CHP que Pratt & Whitney a embauché, se

situe à Markham et elle a des bureaux dans 15 villes,

de Boston à Beijing. La recherche sur la dynamique

numérique des fluides prévoit la manière dont les tur-

bines à gaz de Pratt & Whitney brûlent du com-

bustible et permet ainsi des améliorations dans sa

conception. [REF 3]

« Wingmating » – fabriquant d’ailes du Bombardier CRJ900

11

Un jour

De temps à autres, comme à 7 h 25, lorsque l’auto-

bus rejoint l’autoroute 427 vers le Sud, les routes de

Toronto sont figées comme du beurre d’arachide

réfrigéré. En d’autres temps, elles sont des circuits

de vitesse. Les conducteurs savent habituellement à

quoi s’attendre lorsqu’ils conduisent et cette notion,

une fonction du système de contrôle de la circula-

tion de Toronto, les calme. À la mi-juillet de 1999,

lorsqu’un panneau de mutation a éclaté dans un

édifice de Bell Canada, les feux de circulation des

intersections de la route 550 à Toronto ne fonction-

naient plus… C’était une indication de ce qui

arriverait dans la ville le 14 août 2003, lorsque l’ali-

mentation serait interrompue sur la côte est. Mais

ce matin tout va bien; un système de CHP, dont l’in-

formation est transmise par des capteurs magné-

tiques et des câbles à fibres optiques, contrôle les

feux de circulation de la ville.

Susan observe la ville pendant que l’autobus tourne

vers l’Est sur l’autoroute Gardiner et sort à Bay

Street. Un grand tableau d’affichage jaune sur

lequel se trouve une grande flèche rouge pointant

vers le haut et qui fait la publicité de MétéoMédia

présente comme sous-titre, « (Nous vous l’avions

dit.) » C’était encore vrai. L’autobus se range au

Royal York Hotel sous la pluie. « C’est bon pour les

agriculteurs », fait remarqué sur un ton égal le con-

ducteur de l’autobus tandis que Susan descend. Elle

entre dans l’hôtel et se dirige rapidement vers le

couloir souterrain. Il est 8 h et dans 75 minutes elle

rencontrera le médecin de son père. Susan souhaite

Un jour

Un des grands auteurs de

fiction du Canada, William

Gibson, a inventé le terme

« cyberspace » dans son

roman « Neuromancien »,

qui a remporté le prix Hugo,

Nebula et Philip K. Dick en

1984–85. « Une complexité

impensable. Des traits de

lumière disposés dans le

non-espace de l’esprit, des

amas et des constellations

de données. Comme les

lumières de villes… » [REF 4]

William Reeves, directeur technique de PixarAnimation Studios, a étudié à Waterloo et

Toronto, obtenant un baccalauréat en mathématiqueainsi qu’une maîtrise et un doctorat en informatique. En1980, il s’est joint à Lucasfilm et a inventé une techniquede synthèse de l’image appelée Particle Systems. Cettetechnique produit des images complexes et détailléespar le biais de nombreuses (généralement) particulesgéométriques simples qui évoluent stochastiquement aufil du temps. Après avoir travaillé sur des films tels queL’Empire contre-attaque, monsieur Reeves et deux parte-naires ont créé Pixar. De nos jours, sa technique, qui estenseigné dans tous les cours sur la réalisation des films,est la pierre angulaire de nombreux films d’animationde Pixar qui font figure de pionniers. À titre de directeurtechnique en chef pour Histoire de jouets, le premierlong métrage réalisé entièrement par animation infor-matique, Reeves a gagné quatre Academy Awards dansla catégorie technique. Un autre Canadien, DarwynPeachey (baccalauréat et maîtrise de la Saskatchewan), ajoué un rôle technique important auprès de Pixarpuisqu’il a reçu un Oscar dans la catégorie technique en1995 pour son travail dans l’élaboration de RenderMan.Patrick Coleman et Karan Singh, du Dynamic Graphics

Project, le groupe de recherche de l’Université deToronto dont monsieur Reeves est un ancien élève, a misau point un logiciel de projection non linéaire pour lefilm « Ryan » de Chris Landreth, qui a remporté unAcademy Award pour le meilleur court-métrage d’ani-mation en 2004. Le Conseil des Arts du Canada a par-ticipé à l’élaboration de « Ryan ». [REF 5]

Ryan, victime de la drogue et de l'alcool, connaît des épisodes

qui perturbent dans son cerveau sa perception spatiale. Un logi-

ciel d'animation informatique exploite généralement les règles

de la perspective linéaire pour montrer comment des person-

nages comme Ryan voient le monde. Le système de projection

non linéaire qui crée Ryan permet aux animateurs de combiner

plusieurs points de vue de diverses manières pour obtenir des

effets qui perturbent la perspective linéaire.

Pixlet (Pixar + wavelet, ondelette en français) est le premier

algorithme professionnel pour les cinéastes. Pixlet procure une

compression de 20 – 25 : 1, permettant une série d’images de

75 mégaoctets/sec. dans un film de 3 mégaoctets/sec., ce qui

ressemble aux données DV.

12

offrir un cadeau à Ceri et elle fait donc du lèche-vit-

rines dans ce que la ville de Toronto appelle le com-

plexe souterrain urbain le plus grand du monde,

avec 27 kilomètres de couloirs et un millier de com-

merces. Dans un magasin de musique qui ouvre tôt

elle achète le film Trouver Nemo parce que Ceri a

aimé Histoire de jouets, un autre film d’animation de

Pixar. Un Canadien a gagné un Oscar pour ce film,

non? Susan ne se souvient pas du nom de Bill Reeves

et ne sait pas que Pixar utilise huit grappes de super-

calculateurs et soixante téraoctets d’espace disque

intitulés « RenderFarm » pour réaliser des produits

de divertissement pour des agriculteurs comme elle.

Il n’y a pas de raison qu’elle s’en souvienne. Si les

processeurs numériques étaient des pixels sur un

écran nord-américain, la ville souterraine de Toronto

et le marché de Bay Street au-dessus se réverbè-

reraient comme une balise. Mais comme pour la

majorité de la population canadienne, Susan ne voit

jamais le cyberespace qui l’entoure.

À 9 h, Susan sort de la ville souterraine à l’hôtel de

ville, se dirige vers l’Ouest sur University Avenue et

peut voir le Toronto General Hospital. Dix minutes

plus tard, elle est à l’entrée du Peter Munk Cardiac

Centre sur Gerrard Street.

Elle voit une affiche : « Centre de triage des

patients pour les maladies infectieuses. » Deux infir-

mières en chemise d’hôpital et portant un masque

bloquent le passage. Elles donnent un masque à

Susan et mettent un peu de savon antibactérien sur

ses mains, lui disant de bien les frotter. Puis une des

infirmières lui demande, « Qui êtes-vous et que

faites-vous ici? » « Je m’appelle Susan Zhong-

Sheppard et je viens de Wyoming près de Sarnia. Le

Dr Christopher Andres m’a donné rendez-vous au

service de neurochirurgie pour discuter du cas de

mon père. C’est un patient de l’hôpital. »

L’infirmière réplique de façon énergique, « N’avez-

vous pas lu cette affiche? Nous vivons une situation

d’urgence ici! Vous ne pouvez visiter votre père.

Vous ne savez rien au sujet du SRAS? » Susan de

répondre faiblement… « J’avais espéré… » L’autre

infirmière consulte le carnet de rendez-vous et lui

dit, « Vous n’êtes pas sur la liste. Asseyez-vous là et

nous verrons. »

Susan se joint à d’autres personnes silencieuses qui

portent un masque et qui sont assises près de la

porte. Les préposés renvoient la plupart. Susan

attend depuis quarante-cinq minutes. Le départ de

son vol de retour est prévu pour midi et elle se fait

du mauvais sang. À 10 h, une infirmière l’invite à la

suivre. Elle s’assoit à côté d’un ordinateur et une

autre infirmière lui demande gentiment, « Est-ce

que vous toussez, souffrez-vous de fièvre, de maux

de tête, de douleurs musculaires ou d’essouffle-

ments? » En même temps, l’asthme de Susan se

manifeste et l’infirmière devient silencieuse. « Non?

Madame Zhong-Sheppard, veuillez entrer dans

cette salle pour que nous vous examinions. » Des

chercheurs plus à l’est de l’autoroute 401, à

l’Université Queen’s, font appel au CHP afin de

Imagerie médicale

Les techniques modernes d’imagerie de CHP

(notamment la TEP à l’aide de « positons » et la

TEM à l’aide de « photons ») procurent des images

dynamiques en temps réel à deux ou trois dimensions

non invasives du cerveau, du cœur, des reins et

d’autres organes. Elles sont en train de révolutionner

la recherche, la chirurgie et la gestion des maladies.

Une reconstruction à trois dimensions d’une minute

nécessite une puissance informatique énorme pour

produire ces images. [REF 6]

13

Un jour

simuler le fonctionnement des inhalateurs pour que

les personnes comme Susan bénéficient d’un

soulagement plus efficace. Elle en aurait bien

besoin aujourd’hui.

Susan montre son inhalateur à l’interne. Il prend sa

température et lui pose d’autres questions. Vingt

minutes plus tard, Susan, secouée, est renvoyée.

L’infirmière au poste de travail informatique lui dit,

« Je suis désolée mais c’est la nouvelle procédure.

Nous avons fait les vérifications nécessaires et le Dr

Andres vous recevra maintenant. Prenez ce papier

et faites-le signer par toutes les personnes que vous

rencontrerez. Lorsque vous partirez, vous devrez

nous le rendre. Est-ce que vous comprenez? »

Susan se rend à une salle d’attente au quatrième

étage située dans l’aile ouest. Une infirmière silen-

cieuse arborant un masque signe sa feuille. Dix mi-

nutes plus tard, l’infirmière l’accompagne vers une

petite salle de consultation. Le Dr Andres fait son

entrée, portant un masque lui aussi. « Je suis désolé

de la manière dont on vous a reçu Susan mais je suis

heureux que vous soyez là. Aviez-vous pris un ren-

dez-vous? » Susan répond, « En vérité, oui. » Et le

médecin de répondre, « Bien, ce qui compte c’est

que vous soyez ici. L’état de votre père est stable

mais il ne peut toujours pas parler. Susan, j’ai besoin

que vous m’autorisiez à réaliser des images

dynamiques de l’hémisphère gauche de son

cerveau, ce qu’on appelle l’imagerie par résonance

magnétique fonctionnelle. Nous sommes bien

installés pour les analyser… avez-vous entendu par-

ler du réseau de recherche sur l’imagerie fonction-

nelle (Functional Imaging Research Network)? »

« Le Dr Miner a envoyé mon père ici. Je vous en prie

Dr Andres, faites ce qui est le mieux pour mon père.

» Et le Dr de répondre, « Susan, nous travaillons de

concert avec la Fondation des maladies du coeur ainsi

qu’avec les universités d’Ottawa et de Toronto. Nous

pouvons établir une bonne stratégie thérapeutique

pour monsieur Zhong. » Susan ne sait quoi répondre.

Elle veut ramener son père à la maison maintenant.

Il comprend. « Nous ne pouvons déplacer les

patients présentement. Nous sommes en état de

siège ici. Je vous tiendrai au courant le plus tôt pos-

sible, d’accord? Mais je dois vraiment y aller main-

tenant Susan. Est-ce que ça va? » Elle prend l’inhala-

teur dans son sac mais elle acquiesce. « Bien. Je vous

appelle la semaine prochaine, d’accord? Je suis

désolé… C’est tout le temps que j’ai! » Dr Andres

signe la feuille de Susan et la laisse seule.

Lorsque Susan arrive à la sortie de Gerrard Street, il

est 11 h 20. Une préposée aux soins lui met du

savon désinfectant sur les mains, lui dit de jeter son

masque dans la corbeille et prend sa feuille qui

présente deux signatures. Puis on la conduit vers la

sortie. Elle s’arrête un moment. Son visage est

mouillé mais pas en raison de la pluie.

Séquençage du SRAS

« La diffusion rapide de la séquence du génome

du SRAS sur Internet a permis à des groupes de

par le monde de participer à l’analyse compu-

tationnelle du génome et à la modélisation 3D

des séquences protéiques. Cela s’est traduit par

un nombre inégalé de publications scientifiques

et d’initiatives pour trouver un vaccin seulement

un an après la découverte de cette nouvelle

maladie. D’ordinaire, de telles initiatives pre-

naient de nombreuses années.”

Dr Steven Jones

Chef de la bioinformatique

Genome Sciences Centre, C.-B.

L’image montre une analyse génomique (BLASTX) du com-

plément protéique de l’ordre des Nidovirales par rapport à la

version 7.4 du virus présumé du SRAS séquencée au Michael

Smith Genome Sciences Centre. [REF 7]

14

Un jour

Elle ne comprend pas pourquoi personne n’était au

courant de son rendez-vous (n’y a-t-il pas des ordi-

nateurs?), pourquoi tout le monde la regardait de

la sorte (je ne viens que de Sarnia, non?) et

pourquoi elle a dû attendre aussi longtemps. Ce

matin là, le CHP et le cyberespace ont négligé

Susan. Mais ils aideront son père, maintenant elle

en est convaincue et elle pense, Papa se rétablira.

Susan utilise son cellulaire pour appeler Air Canada.

Ils ne tiendront pas compte du vol manqué mais

tous les vols ultérieurs pour Sarnia ont été annulés.

C’est la nouvelle réalité. Elle marche vers le Sud sous

un ciel partiellement dégagé sur University Avenue

pour se rendre à Union Station. Le seul train de VIA

Rail part à 17 h 40 et arrive à Sarnia à 21 h 40. Susan

retire un peu d’argent à un des 4 400 guichets de sa

banque, achète le billet de train et appelle Russ.

Les voix de Susan et de Russ sont converties en

impulsions puis sont transmises, grâce à une infra-

structure CHP cachée, à 250 km en moins de temps

qu’un battement de cœur. « Je t’accueillerai à la sta-

tion Green Street, » dit Russ. Sans le savoir, elle a

acheté son voyage de retour sur un réseau bancaire

qui fonctionne grâce au CHP. Malgré la nouvelle

réalité occasionnée par le SRAS, la banque reconnaît

Susan Zhong-Sheppard, même sans rendez-vous.

Six semaines plus tôt, le 12 avril, la séquence d’ADN

du nouveau coronavirus du SRAS a été publiée par

le Genome Sciences Centre en collaboration avec le

Centre d’épidémiologie de la Colombie-Britannique

et le Laboratoire national de microbiologie à

Winnipeg. Deux jours avant, des scientifiques du

Hospital for Sick Children de Toronto ont publié la

séquence complète du chromosome humain 7, y

compris des points de repère pour des maladies

comme la fibrose kystique, la leucémie et l’autisme.

Les deux projets ont eu largement recours aux

ressources du CHP.

L’après-midi du 29 mai au centre-ville de Toronto,

personne ne porte de masque et les Torontois vont

pratiquement où ils veulent. Plusieurs ont de petits

sacs comme celui de Susan. Elle entre dans une

grande librairie et fait du lèche-vitrines au Eaton

Centre. Personne ne lui demande ce qu’elle fait là.

Nous sommes au Canada et c’est la Journée interna-

tionale des casques bleus. Pourtant, sur le plan élec-

tronique, chaque fois que Susan entre dans le

cyberespace pour effectuer des transactions ban-

caires ou des achats, son avatar prend de l’ampleur,

marquant la date des événements. Dans deux cents

ans, des archivistes sauront qu’elle a visité Toronto,

acheté un CD dans la ville souterraine, qu’elle a

consulté le Dr Andres, appelé à la maison et acheté

un billet de train de VIA Rail. Ils sauront également

qu’elle s’est arrêtée dans un café Internet à 15 h 45

et qu’elle a écrit à Ceri la note suivante :

je ne pourrai venir te border ce soir Ceri mais demainj’ai quelque chose pour toi alors FAIS tes devoirs. est-ceque tout va bien à l’école? bisous et câlins xxx maman

Projet Cybercell

Le Projet Cybercell [REF 8] vise à modéliser « les

structures de presque toutes les 4 000 protéines

de la bactérie E. Coli puis de simuler leurs interactions

et fonctions dans un ordinateur, » déclare le

Dr Michael James, membre de l’équipe de recherche.

Le Dr James dit que dès que les protéines de la bac-

térie E.coli seront « déterminées » et stockées

numériquement, les chercheurs pourront interagir

virtuellement avec leurs versions numériques et

observer les interactions possibles avec des molécules

antibiotiques. CyberCell, un projet pancanadien de

grande envergure, « prendra du temps à réaliser –

peut-être 20 ans – mais avec plus de ressources de

CHP, ça pourrait prendre beaucoup moins de temps. »

Simulation de l’action dynamique réciproque entre l’intérieur

d’une cellule et son environnement par le biais de la mem-

brane cellulaire.

15

Un jour

Vingt minutes plus tard, Ceri consulte ses courriels et

lit la note. Sur le plan numérique du moins, l’avatar

« Susan » pourrait être n’importe qui puisque n’im-

porte qui peut envoyer un courriel qui semble

provenir de son adresse. Alors oui, peut-être qu’un

système de sécurité à CHP est à l’écoute. Mais

pourquoi écouter des messages non chiffrés ne con-

tenant aucune image comme ceux que reçoit Ceri?

Des sociétés canadiennes telles que Entrust à Ottawa

et Certicom à Waterloo vendent des outils de chiffre-

ment qui sont maintenant essentiels pour sécuriser les

transactions bancaires et bien plus.

Ceri arrive à la maison de l’école en autobus à 16 h 15.

Son professeur de santé publique lui a demandé d’ex-

pliquer à la classe demain pourquoi son père ne la

laisse pas boire du lait de vache cru. Ceri pose donc la

question à son père. Russ explique que jusqu’à ce que

le lait soit pasteurisé, ou rapidement chauffé puis

refroidi, il peut être contaminé d’une bactérie

provenant de la traite. Ils envoient leur lait à une usine

qui le pasteurise. Ceri demande, « Quelle bactérie » et

Russ répond, « Elle s’appelle E. Coli. Consulte la pile de

revues Scientific American ou Internet. »

Ceri s’assoit à la grande table de la cuisine et cherche

le Web pour y trouver de l’information sur la bactérie

E. Coli. Sur le site Web de l’Université de l’Alberta, elle

trouve le Project CyberCell, qui simule une bactérie E.

Coli comme cellule virtuelle. En utilisant le CHP pour

découvrir comment les protéines interagissent dans

une cellule virtuelle, les scientifiques peuvent aider

les compagnies biopharmaceutiques à faire des

médicaments personnalisés pour les patients.

Ceri interpelle son père et lui dit, « Papa, ils ressem-

blent à des hot dogs! » Ceri regarde les cellules

simulées grâce au CHP, torsadées dans leur monde

étrange. En dix minutes, elle apprend que de vraies

cellules E. Coli vivent dans ses propres intestins.

Elle interpelle de nouveau son père, « Papa, pourquoi

est-ce qu’on ne peut pas boire le lait si nous avons

déjà des cellules E. Coli en nous? » Russ lui répond

patiemment. « Ceri, ce qui est nuisible est une muta-

tion des bactéries normales. Continue de chercher de

l’information. » Elle trouve ensuite une image sur un

site Web Nature de l’E. coli 0157:H7 et de ses sinistres

flagelles, ainsi que des descriptions sur la diarrhée

sanglante et l’insuffisance rénale. Elle se lève, con-

tente de ne pas boire de lait cru.

Dans le train, Susan s’endort et rêve de pâturages balayés

par le vent au printemps et qui ne rendent aucun asthma-

tique malade, de champs où des gens au visage joyeux qui

ressemblent beaucoup à celui de Ceri lancent leur inhala-

teur sous la pluie riche en antigène du Canada.

Lorsque Susan débarque du train à Sarnia, Russ l’at-

tend en souriant. À l’extérieur de la station, ils con-

templent la nouvelle lune et un ciel particulièrement

étoilé. Loin au sud se trouve Mars, de couleur orange

vif. Elle se demande si Chris Hadfield, qui a donné son

nom à l’aéroport duquel elle a décollé il y a 16 heures,

OECD/OCDE

Le 30 janvier 2004 à Paris, 34 gouvernements (dont

le Canada, la Chine, l’Union européenne, la Russie

et les États-Unis) de l’Organisation de coopération et

de développement économiques (OCDE) ont convenu

d’établir des moyens pour offrir un libre-accès à

toutes les recherches numériques financées par les

fonds publics. [REF 9]

16

Un jour

regarde le ciel aussi. Il a grandi à Sarnia et a été le pre-

mier Canadien à flotter librement dans l’espace. Il fai-

sait aussi partie de l’équipage de la navette spatiale

Endeavour qui a installé le Bras canadien 2 il y a deux

ans. Susan dit à Russ, « Est-ce que nous verrons un

jour des familles comme la nôtre sur Mars à ton avis?

Peut-être les enfants de Ceri? »

Et y aura-t-il des vaches aussi sur Mars? En observant

le ciel, Russ se demande, Sommes-nous seuls del’univers à être conscients de notre existence? « Et

bien, mon amour, s’ils peuvent simuler les premières

minutes de vie de l’univers, il ne devrait pas être trop

difficile d’aller sur Mars, non? »

Silencieusement, Russ et Susan se rendent à la maison

en voiture. Ceri n’est pas encore couchée et elle

attend à la fenêtre en chantant :

(Étoile lumineuse, étoile brillante,

Première étoile que je vois ce soir,

Je souhaite qu’il soit possible,

De réaliser mon vœu ce soir.)

… et quel est le vœu de Ceri ce soir?

Susan et Russ le savent. Mais bien plus tard, après qu’un

biographe ait compilé leurs documents personnels,

d’autres sauront aussi… d’autres comme une mère plus

jeune que Susan et une fille plus grande que Ceri, qui

poseront un jour la même question.

« Selay, » dit la mère qui n’est pas encore née à son

enfant de dix ans, « L’as-tu enfin trouvée? Tu dois ren-

dre ton devoir demain n’est-ce pas? »

« La bibliothèque fait des recherches, maman, »

répond la fille, debout devant une image plasma sta-

tique. Son professeur lui a posé une étrange question

à laquelle elle doit répondre : « Qu’est-ce qui a incité

une femme célèbre de l’Ontario au 21ème siècle nom-

mée Ceri Zhong-Sheppard à devenir scientifique? »

Selay consulte son amie de toujours, la bibliothèque

en ligne.

La bibliothèque lui montre la biographie de Ceri ainsi

que quelques photos et un registre de l’archive scien-

tifique en ligne. L’écran présente l’information suivante

2020.05.06:12:06 K.Z-S@IntSpaceStation2 à zhong-

sheppard@sympatico.ca

Papa!... tu peux voir notre satellite dans le ciel au

nord-ouest à environ 23 h 30. Nous sommes dans l’es-

pace en train de surveiller l’absorption du gaz car-

bonique et la distribution du phytoplancton dans le

Pacifique maintenant que le capteur à distance des

grands fonds est en place— ces derniers nous ali-

mentent à un quart de pétaoctet par minute! Rien à

voir avec notre vieux PC dans la cuisine! bisous Ceri

« Est-ce que tu comprends, Selay? Ceri contribuait à

sauver nos océans. » Mais Selay demande, « Qu’est-ce

qu’un vieux PC dans la cuisine, maman? »

Sa mère répond, « Je pense… hum… qu’il s’agit d’un

petit ordinateur. Il ne pouvait pas écouter, comme la

Bibliothèque, mais il savait des choses. » Le plasma

présente ensuite l’image d’un facsimilé antique d’une

impression papier.

2003.05.29:15.51 zhong-sheppard@sympatico.ca à

zhong-sheppard@sympatico.ca

maman, es-tu là?

J’ai des photos de l’ordinateur qui m’expliquent

pourquoi nous ne pouvons boire de lait cru! Est-ce que je

pourrai prendre de telles photos quand je serai grande?

xxx Ceri

Selay reste silencieuse un moment avant de compren-

dre ce qu’avait secrètement compris la mère de Ceri il

y a longtemps.

« Maman, le PC à la maison… Ça a incité Ceri à

devenir scientifique! »

« Ma fille, les vœux peuvent se réaliser. »

17

Un jour

Sommaire

18

Sommaire

Sommaire

Le calcul du 21ème siècle tient compte d’un

monde numérique bien connecté où le calcul

de pointe permet d’effectuer des recherches

dans tous les domaines scientifiques, notamment

en santé, en environnement, en sciences

appliquées, en physique, en sciences de la vie, en

sciences sociales et humaines. Le Canada a besoin

d’un financement soutenu dans l’infrastructure

computationnelle pour mettre à profit les

investissements déjà alloués qui ont remporté un

succès indéniable, pour capitaliser sur la capacité

reconnue des chercheurs canadiens à réaliser des

recherches de niveau mondial et tirer profit de l’in-

frastructure d’avant-garde de réseaux et de télé-

communications du Canada.

Notre vision consiste à mettre sur pied une infra-

structure humaine et physique permanente, pluri-

institutionnelle, compétitive et d’impact important

à l’échelle internationale pour la recherche compu-

tationnelle, tout en répondant aux besoins de l’in-

dustrie et de la société en matière d’innovation, de

formation et de sensibilisation.

Cette vision sera réalisée par le biais du finance-

ment soutenu dans l’infrastructure du calcul de

haute performance (CHP) qui tire profit de plus de

250 millions $ investis ou engagés depuis les cinq

dernières années par le gouvernement fédéral, les

provinces, les universités et l’industrie. En vue d’ac-

croître la compétitivité du Canada et d’obtenir de

nouvelles possibilités de recherche et de développe-

ment à l’appui de notre économie et de notre qua-

lité de vie sur le plan national, le groupe d’experts

de la planification à long terme fait les recomman-

dations obligatoires suivantes (toutes les recom-

mandations sont énumérées selon le chapitre dans

lequel elles sont présentées et examinées. Ainsi, les

recommandations suivantes se trouvent dans le

chapitre 1) :

1.1 Qu’un budget à long terme soit élaboré (a)

pour fournir un appui soutenu aux installa-

tions informatiques avancées de milieu de

gamme tels des consortiums régionaux de

CHP et (b) pour établir une installation de cal-

cul pancanadienne haut de gamme qui figu-

rerait parmi les 30 meilleures installations de

calcul au monde.

1.2 Qu’une initiative nationale soit établie pour

traiter de la sensibilisation, du leadership, de

la coordination et de la surveillance en

matière de CHP au Canada.

Impacts, résultats, possibilités et avantages des recommandations

La recherche a connu un changement de paradigme

au sein duquel les méthodes computationnelles ont

joué un rôle charnière dans l’orientation des mis-

sions en sciences de la santé, de l’environnement,

en sciences appliquées, physiques, de la vie et

humaines. Dans de nombreux domaines, le calcul est

présentement le principal catalyseur d’innovation.

Nos recommandations permettront d’assurer que la

recherche, l’industrie, les activités économiques et la

société du Canada seront, dans 15 ans, en mesure de

tirer profit des avantages du CHP dans un monde

très compétitif, avantages qui sont essentiels à notre

réussite économique et sociale.

Il n’existe aucun prix ou brevet octroyé lorsqu’on

arrive second dans la résolution d’un problème de

recherche. Notre plan aura des impacts importants :

il établira une feuille de route technologique pour

la recherche axée sur le calcul au Canada, il offrira

l’environnement nécessaire pour faire d’impor-

tantes nouvelles découvertes, et il entraînera l’al-

phabétisation technologique du 21ème siècle par le

bais de nouveaux programmes de recherche et de

formation. Avoir les meilleures installations de cal-

cul possible et un personnel hautement qualifié

permettra d’accroître de façon importante la pro-

ductivité en recherche, de réduire le temps de fa-

brication et de commercialisation ainsi que de

faciliter les découvertes et d’accélérer l’innovation.

L’accès aux meilleures installations de calcul possi-

ble permet d’obtenir et de maintenir une réserve

d’employés spécialisés. L’expertise n’est pas un

avantage supplémentaire. Ce personnel hautement

qualifié est une ressource essentielle pour rehausser

la productivité en matière de recherche et de fabri-

Sommaire

19

cation, d’accélérer les découvertes et l’innovation

industrielle. Les futures possibilités du Canada sont

dans les mains de ces experts. Notre pays héberge

de nombreux chercheurs de renommée interna-

tionale qui dépendent dorénavant sur le CHP pour

faire des découvertes innovatrices sur le plan inter-

national. Un investissement soutenu par les fonds

publics et qui a connu une croissance de 76 millions

$ par année en 2006 à 97 millions $ par année en

2012 et au-delà, permettra au Canada de rester

compétitif dans cet avenir technologique en con-

stante évolution.

Concurrencer sur le marchénumérique

De récents progrès réalisés dans la technologie du

calcul, de l’information et des communications ont

occasionné une révolution dans la recherche compu-

tationnelle. Grâce à cette technologie, nous pou-

vons dorénavant effectuer des recherches sur des

questions d’importance nationale et internationale

de façon novatrice et avec une plus grande effica-

cité. À titre d’exemple d’applications, on peut men-

tionner la compréhension et la protection de notre

environnement naturel, l’utilisation de l’imagerie

génomique, protéomique et médicale pour la santé

humaine, l’étude des changements climatiques à

l’échelle du globe, le développement de la nano-

technologie, le maintien de la sécurité nationale,

trouver des manières rentables pour traiter les infra-

structures vieillissantes des villes et améliorer l’effi-

cacité des services essentiels, de même que prévoir,

se prémunir contre et se rétablir des catastrophes

naturelles et humaines. Nous pouvons également

formuler des façons novatrices de répondre à des

questions fondamentales telles que comment l’uni-

vers s’est formé et ce qui constitue la matière.

Des chercheurs et techniciens cana-diens compétents ont pu rapidementcomprendre le virus du SRAS parcequ’ils avaient accès à une infrastruc-ture computationnelle de pointe.

(Pour plus de détails, consultez l’encadré à la page 14)

Au 21ème siècle, le Canada peut être un chef de file

dans la recherche axée sur le calcul, mais cela néces-

sitera des investissements soutenus et à long terme

pour lui permettre d’être compétitif sur le plan

international. Aux États-Unis, en Europe et en Asie,

les investissements annuels sont d’un ordre de

grandeur supérieure à ceux du Canada. Par exem-

ple, les États-Unis dépense déjà environ 2 milliards

$US par année à l’appui du CHP, et l’adoption

récente de la loi H.R. 4516, the Department of

Energy High-End Computing Revitalization Act of

2004 (loi de 2004 sur la revitalisation du calcul de

pointe du ministère de l’Énergie), établira des

Sommaire

20

L’observation de neutrinosde Sudbury

Différentes projections d’un réseau de photomultiplicateurs

avec deux anneaux bien visible de l’Observatoire de neutrinos

de Sudbury (ONS). C’est le résultat d’un neutrino de haute

énergie produit à partir d’une interaction de rayons cosmiques

dans l’atmosphère à l’opposé de la terre. Après avoir traverse

la terre, le neutrino a interagi avec l’ONS, diffusé un électron

qui se reconnaît au deuxième anneau moins intense. La couleur

et la densité sont proportionnelles à l’énergie de l’événement.

Où sont les neutrinos manquants? Cette question a

longtemps rendu perplexes les scientifiques qui

essaient de comprendre l’univers. Le Canada a obtenu

une reconnaissance internationale considérable pour

avoir mener l’équipe qui a répondu à la question et ainsi

permis de mieux comprendre le monde qui nous

entoure. Sans l’accessibilité aux installations de calcul

avancé pour interpréter les données recueillies dans les

profondeurs d’une mine de Sudbury, d’importants

aspects de la production solaire de neutrinos seraient

demeurer une énigme. Ces études et d’autres études

visionnaires n’auraient pu être réalisées sans investisse-

ments directs et indirects dans le CHP. (Pour plus de

détails, consultez l’étude de cas à la page 41)

« Le Canada s’est avéré être un chef de filedans le domaine de l’astrophysique des parti-cules. Quelques nouveaux projets interna-tionaux très stimulants qui sondent la structurede l’univers et les propriétés des particules quile constituent sont sur leur lancée. La caracté-risation et l’analyse des données qui provien-nent de ces très gros détecteurs complexesnécessitent des ressources computationnellesimmenses. Une installation calcul de haute performance est essentielle pour que le Canadareste au premier plan de ce domaine enévolution rapide. »

Dr Tony Noble

Directeur, Institut de l’Observatoire

de neutrinos de Sudbury

Chaire de recherche du Canada

en astrophysique des particules

Université Queen’s

installations de supercalcul à l’intention des utilisa-

teurs qui permettront aux chercheurs américains

d’accéder à certains des ordinateurs les plus évolués

du monde. En outre, le Blue Ribbon Advisory Panel

a dernièrement recommandé que la Fondation

nationale des sciences des États-Unis (NSF) investisse

un montant annuel semblable dans la cyberinfra-

structure avancée, à savoir l’informatique répartie,

la technologie de l’information et la technologie

des communications. Le Canada possède un réseau

informatique enviable (mis sur pied par les gou-

vernements fédéral et provinciaux par le biais de

CANARIE Inc. et les réseaux régionaux associés),

mais il n’a pas de stratégie à long terme pour

soutenir ces réseaux et les ressources de CHP qu’ils

abritent. Sans un tel plan, les initiatives connues en

matière de CHP dans d’autres pays représentent

une menace importante quant à la future compéti-

tivité économique du Canada.

Il y a de plus en plus de partenariats entre l’industrie,

les universités et les établissements de recherche au

Canada et ils se poursuivront tant que l’investisse-

ment en matériel et expertise (ressources humaines)

en CHP continuera. L’industrie doit avoir l’assurance

qu’elle peut embaucher le personnel qualifié dont

elle a besoin pour le développement de produits à

court et à long terme et qu’elle continuera de béné-

ficier d’un bassin de recherches et de chercheurs

innovateurs. En vue de former et de conserver ces

experts, le Canada a besoin d’une infrastructure de

CHP évoluée.

Sommaire

21

Besoins en matière de CHP

Les simulations automatisées de notre monde

physique entraînent de nouveaux points de vue.

L’expérience traditionnelle en laboratoire et

l’analyse théorique de nombreux problèmes com-

plexes en isolation ne sont plus appropriées. La mo-

délisation computationnelle de phénomènes très

complexes et à échelles multiples devient un outil

principal dans la résolution de questions difficiles.

Par exemple, le cycle de conception et par con-

séquent le temps d’accès au marché d’un moteur

d’aéronef ou même d’un avion complet peut être

réduit grâce au CHP (consultez l’encadré à la page

11). La conception assistée par ordinateur est doré-

navant considérée comme essentielle au développe-

ment des produits de demain.

Dans notre plan à long terme (PLT), nous présen-

tons l’éventail des capacités de calcul comme une

série d’anneaux concentriques. L’anneau le plus à

l’extérieur représente l’énorme capacité globale

des machines de table et des postes de travail qui

sont chacun capable de milliards de calcul par se-

conde. Ils fournissent des outils de calcul et de

visualisations « généraux » essentiels. Les deux

anneaux intérieurs représentent des ordinateurs

progressivement plus puissants mais en plus petit

nombre : il s’agit de systèmes capables d’exploiter

des applications sur un bien plus grand nombre de

processeurs. L’anneau intermédiaire - les installa-

tions informatiques de milieu de gamme – sont les

ordinateurs qui ont la puissance de plusieurs cen-

taines ou milliers de postes de travail. Au centre se

trouvent les ordinateurs haut de gamme ou les

hyperordinateurs qui présentent des capacités équiv-

alentes à des dizaines de milliers de postes de travail.

De nombreux problèmes de recherche généraux

peuvent être résolus avec des ordinateurs de

bureau. Ce plan recommande que les conseils sub-

ventionnaires (le CRSNG, le CRSH et l’IRSC) conti-

nuent de fournir un financement complet pour cet

anneau extérieur. Cependant, l’accès aux installa-

tions informatiques de milieu de gamme est essen-

tiel pour un nombre croissant de domaines de

recherche clés tels qu’illustrés par la majorité des

études de cas énumérées dans le présent plan à

long terme. Ces installations permettent également

une recherche multidisciplinaire, telle que l’associa-

tion entre la nanotechnologie et la biologie,

l’ingénierie et la médicine, ainsi que la science des

matériaux et la chimie. Au centre du plan, l’accès à

des ordinateurs de pointe permettra aux scien-

tifiques canadiens de s’attaquer à des problèmes

qui représentent de grands défis et dont les solu-

tions auront une incidence fondamentale sur l’évo-

lution de la haute technologie et, par conséquent,

sur la position du Canada comme leader mondial

dans les soins de santé, les sciences et la culture.

Nous constatons deux besoins essentiels. Le premier

et le plus important concerne le soutien soutenu et

générationnel pour les installations de milieu de

gamme et ce, afin que le Canada tire profit au maxi-

mum des fonds déjà investis. Cela répondra aux

besoins de la majorité des recherches axées sur le CHP.

Pour soutenir une capacité convaincante en

matière de CHP de milieu et haut de gamme, il nous

faut mettre sur pied et conserver un bassin d’em-

ployés de soutien affectés au CHP. Les chercheurs

qui utilisent le CHP se fondent sur l’expertise d’indi-

vidus compétents qui exploitent les systèmes et

fournissent un soutien computationnel. Il n’y a

présentement ni mécanisme de financement

soutenu, ni processus établi pour l’élaboration de

cette infrastructure humaine. Nous conservons

notre effectif de chercheurs qui ont été attirés par

les campus universitaires et hospitaliers canadiens

en grande partie grâce à la capacité du personnel

de soutien au CHP. La pratique internationale

actuelle – que ne suit pas encore le Canada – est

d’allouer environ 25 % de la totalité des dépenses

au personnel de soutien au CHP. Le Canada doit se

diriger vers ce niveau d’investissement afin de maxi-

miser les capacités ou le potentiel de ses scien-

tifiques computationnels, de son infrastructure de

CHP et de sa capacité globale de recherche.

Le deuxième besoin essentiel consiste en une instal-

lation computationnelle de pointe pancanadienne

qui a une présence soutenue parmi les 30 installa-

tions computationnelles les plus puissantes. Cette

installation doit aussi comprendre le personnel de

Sommaire

22

Bombardier

« Les ingénieurs qui conçoivent et mettent au point un aéronef de haute performance font face à diffé-rents enjeux concurrents, tels la manière d’obtenir une performance de croisière optimale, de concevoirles volets et les becs pour un rendementmaximum au décollage et à l’atterris-sage, d’optimiser l’intégrité structuraledes ailes et d’installer au mieux lesmoteurs pour une interférence mini-male. Chez Bombardier, les calculs aéro-dynamiques de DNF sont grandementaméliorés grâce à l’accès au CHP et ilsdonnent des réponses fiables à bonnombre de ces questions. L’utilisationjudicieuse des méthodes de DNF, desméthodes de la plaque plane aurésolveur Navier-Stokes 3D pour desconfigurations complètes de l’aéronef,permettent à l’aérodynamicien d’obtenirles configurations optimales de la plushaute sécurité de façon rentable.Cette optimisation plus approfondie de la conception des aéronefsmet l’accent sur l’essai en soufflerie et réduit le nombre d’itérations expérimentales dispendieuses etchronophage. Chez Bombardier, nous croyons fortement que notre avantage concurrentiel reposeessentiellement sur l’utilisation du CHP et l’accès au CHP. Le CHP a été fondamental dans la conceptionde notre premier jet régional et il continuera à nous permettre de voler. »

Fassi Kafyeke

Chef du Service de l’aérodynamique avancée

Bombardier Aéronautique, Montréal

soutien essentiel correspondant afin de maximiser

le potentiel de recherche du matériel computation-

nel. Nous prévoyons qu’un groupe d’experts

d’approvisionnement national, qui représente les

besoins des différentes communautés scientifiques,

déterminera l’acquisition, l’évolution, l’emplace-

ment (qui pourra changer au fil du temps) et la

forme précise que prendra cette installation de

pointe. Ce groupe se composerait selon toute

probabilité de membres d’organismes de finance-

ment clés et de groupes de clients.

Ces besoins se traduisent par les recommandations

suivantes (aux chapitres 2 et 5) :

2.1 Outre le financement continu dans l’infra-

structure informatique pour la recherche

fondamentale (bureau, poste de travail et

petit système) de la part des conseils subven-

tionnaires, nous recommandons fortement

que l’infrastructure informatique pour la

recherche au Canada inclut un modèle qui

soutient les installations informatiques

régionales de milieu de gamme et une instal-

lation haut de gamme de rang mondial. D’ici

2012, cela nécessitera les fonds suivants (en

ordre de priorité et comprenant pour chaque

cas les immobilisations, l’infrastructure

humaine et les coûts opérationnels) :

a. 76 millions $/année en financement

soutenu et en soutien continu pour les

Sommaire

23

Simulation de la dynamique numérique des fluides (DNF) utilisée dans la concep-

tion du Bombardier Challenger 300, mach 0,70 [REF 10]

installations informatique de milieu de

gamme. Ce soutien (i) fera fond sur

l’actuel modèle de consortiums

régionaux de CHP (où les universités

d’une région collaborent pour fournir

des ressources multifonctionnelles

partagées de CHP, de même que l’infra-

structure humaine pour exploiter le sys-

tème ainsi que former et soutenir les

chercheurs), (ii) permettra d’appuyer des

installations computationnelles internes

spécialisées pour les cas exceptionnels

où il est impossible ou inefficace d’utili-

ser une installation multifonctionnelle

partagée, et (iii) fera la promotion de la

collaboration et créera des synergies qui

vont au-delà du calcul.

b. 19 millions $/année pour établir et

soutenir une installation informatique

haut de gamme multifonctionnelle pan-

canadienne et pour financer le person-

nel de soutien approprié. Nous

prévoyons une seule de ces installations

au Canada.

De plus, 2 millions $ par année seront nécessaires

pour financer IMPACT Canada, ce dont nous dis-

cuterons plus bas.

Nous reconnaissons que cette recherche et cette

formation computationelles constituent des élé-

ments essentiels et implicites des plans de recherche

stratégique à long terme de la plupart des univer-

sités du Canada. Voici donc quelques recommanda-

tions importantes relativement à l’infrastructure

humaine (au chapitre 3) :

3.1 Que les conseils subventionnaires, en consulta-

tion avec les universités, établissent des

possibilités de financement pour renforcer les

programmes de recherche à la fois en ce qui

touche aux technologies fondamentales du CHP

et au développement des applications du CHP;

3.2 Que les universités établissent des possibilités

de formation de base et avancées pour

accroître les compétences quant au CHP dans

le milieu de la recherche et du développement;

3.3 Qu’un montant équivalent à au moins 25 %

des dépenses annuelles dans le matériel de

CHP soit alloué pour financer le personnel de

soutien au CHP (adopté lors de l’établisse-

ment des fonds requis pour les recommanda-

tions 2.1 et 5.1).

Organisation actuelle pour réaliser le CHP

Il n’y a pour l’instant aucune organisation chargée

de la réalisation du CHP, bien que de nombreux

organismes investissent dans son développement, le

recrutement de chercheurs et la formation du per-

sonnel. Il est essentiel d’identifier un mécanisme de

coordination : les dépenses relatives au CHP sont

considérables et son développement rentable néces-

sitera l’élaboration de stratégies nationales efficaces.

Le résultat des investissements existants s’illustre par

six consortiums de CHP répartis régionalement

(WestGrid dans l’ouest du Canada, SHARCNET et

HPCVL en Ontario, CLUMEQ et RQCHP au Québec et

ACEnet dans les provinces de l’Atlantique). Ces

installations regroupent des chercheurs, des ana-

lystes techniques et une infrastructure computation-

nelle dans plus de trente universités. En plus de ces

consortiums, certains campus universitaires et hospi-

taliers (comme l’Université de Toronto et ses hôpi-

taux associés) ainsi que de simples universités

(comme l’Université de Victoria) ont mis sur pied

d’importantes installations internes de CHP.

Des ressources centralisées de CHP, sous forme de

consortiums polyvalents ou d’installations de CHP

particulières au domaine, se sont développées au

Canada et ce, parce que les avantages tirés des

grandes ressources partagées surpassent ceux de

plusieurs systèmes plus petits à l’intention d’utilisa-

teurs uniques. Les installations de consortiums

offrent un large éventail de chercheurs de l’ensem-

ble du Canada qui ont accès à une grande variété de

plateformes informatiques différentes, puisque

chaque installation réserve en moyenne jusqu’à

20 % de ses ressources aux projets de recherche per-

tinents de scientifiques d’autres régions. Les installa-

tions spécifiques au domaine sont appropriées là où

Sommaire

24

une grande communauté de scientifiques d’une dis-

cipline particulière nécessite un soutien prolongé en

matière de CHP pour les problèmes computationnels

communs. Peu importe la façon choisie, l’utilisation

d’une installation partagée permet une production

globale accrue et peut satisfaire une plus grande

communauté d’utilisateurs, tout en répondant tou-

jours aux besoins des individus. Le modèle de

partage procure des économies d’échelle claires en

ce qui touche au personnel, à l’utilisation des locaux,

à la consommation d’énergie, au soutien auxiliaire,

à l’administration du système, au soutien technique,

au temps réel de fonctionnement du système, à l’oc-

troi de licences de logiciels et au soutien pour le

matériel informatique. Cela se traduit par les recom-

mandations suivantes (au chapitre 5) :

5.2 Nous recommandons que les demandes de

financement pour les ressources informa-

tiques de CHP soient évaluées dans le contexte

de ce qui peut être fourni par les installations

de CHP existantes, qu’il s’agisse d’installations

de consortiums polyvalents ou spécifiques au

domaine, de façon à assurer l’utilisation la

plus rentable des investissements en CHP. Les

demandes qu’on ne peut raisonnablement

satisfaire à l’aide de l’infrastructure existante

devraient faire valoir leur bien-fondé pour des

sources existantes de fonds, tels que les

enveloppes conventionnelles de la FCI ou

les fonds alloués à l’équipement de la part des

conseils subventionnaires.

Le réseau physique pour une organisation-cadre du

CHP existe déjà. La réseautique haute vitesse et à

largeur de bande élevée permet aux chercheurs de

partager de grands volumes de données, créant des

« communautés de pratique » parmi des experts qui

vivent dans différentes villes. Ils peuvent accéder

aux ressources et aux données à des kilomètres de

distance comme s’ils étaient à côté. C’est là l’élé-

ment clé de ce qu’on appelle le « calcul distribué

basé sur les technologies de grille ». Son incidence

sur la communauté scientifique se compare à celle

d’Internet sur l’ensemble de la société. GRID

Canada, qui est un partenariat entre CANARIE Inc.,

le Conseil national de recherches du Canada et

l’Association C3.ca Inc., dirige les efforts déployés

pour que le Canada suive cette orientation. Ces

réseaux de pointe procurent la connectivité essen-

tielle entre les anneaux de calcul de CHP mais ils ne

bénéficient pas d’un financement à long terme (par

exemple, le financement de CANARIE est prévu

uniquement jusqu’en 2007).

Voici donc nos recommandations à ce sujet (au

chapitre 2) :

2.2 Nous recommandons un soutien continu

envers CANARIE Inc., les réseaux optiques de

pointe régionaux et les initiatives cana-

diennes de grille informatique, et que ces

réseaux soient maintenus et améliorés grâce

à de nouveaux investissements en CHP.

Initiative nationale proposée : IMPACT Canada

Reconnaissant la nécessité de coordonner les instal-

lations de CHP dans l’ensemble du Canada, de con-

seiller les organismes canadiens de financement en

matière de recherche sur les questions de CHP, et

d’élaborer et mettre en œuvre des programmes de

sensibilisation et de formation, nous formulons les

recommandations suivantes (au chapitre 4) :

4.1 Nous recommandons fortement l’établisse-

ment d’un organisme, IMPACT Canada, qui

sera chargé du leadership, de la coordination

et de la surveillance du CHP au Canada.

Le nom IMPACT Canada regroupe les éléments

essentiels d’un monde numérique hautement com-

pétitif et branché : Innovation, Management,

Personnes, Applications, Communications et

Technologies. IMPACT Canada favorisera l’innova-

tion. En offrant gestion et coordination, il permet-

tra aux personnes d’atteindre leur plein potentiel

de recherche. Il contribuera également au

développement d’applications informatiques qui

mèneront à des percées scientifiques; il favorisera le

déplacement des idées et l’interaction par le biais

de vastes stratégies de communication, et il super-

visera et coordonnera l’acquisition et l’exploitation

de technologies habilitantes.

Sommaire

25

Cette initiative offrira une évolution continue du

domaine en rapide évolution qu’est le CHP en vue

d’identifier de nouveaux secteurs d’importance

stratégique pour le Canada. Il élaborera des straté-

gies pour rehausser la recherche axée sur le CHP en

sciences de la santé, de l’environnement, en scien-

ces appliquées, physiques, de la vie et humaines. Il

coordonnera en outre les ressources de CHP d’un

bout à l’autre du pays et contribuera à l’allocation

de nouvelles ressources de CHP pour maximiser la

compétitivité de la recherche canadienne. Il béné-

ficiera d’un personnel à plein temps pour faciliter

l’élaboration du programme, la formation et la

coordination de colloques. Cette équipe donnera

aussi des conseils et fournira une aide spécialisée

aux centres de CHP de par le pays.

On prévoit qu’IMPACT Canada jouera un rôle clé

dans la sensibilisation et la formation. À titre

d’exemple, il collaborera étroitement avec les uni-

versités, les hôpitaux, les collèges et les consortiums

pour offrir une introduction rapide aux sciences

computationnelles aux jeunes canadiens via le Web.

Ce support est maintenant reconnu comme un outil

vital de sensibilisation aux sciences. Les pro-

grammes de sensibilisation innovateurs d’IMPACT

Canada seront conçus pour montrer à la prochaine

génération de jeunes chercheurs le rôle central que

le calcul de haute performance peut jouer à la fois

sur le plan de l’apprentissage et de la recherche.

La société de biotechnologie

Neurochem Inc. est un parfait exem-

ple des retombées qui auraient été

impossibles sans le CHP. Elle est située

à Montréal et elle a été formée suite à

des recherches effectuées à

l’Université Queen’s. La société est

inscrite en bourse (TSX : NRM) et sa

capitalisation boursière représente

plus de 1 milliard $.

(Consultez l’étude de cas à la page 31).

IMPACT Canada élaborera également des stratégies

de formation dans des technologies fondamentales

de CHP (notamment les outils d’exploration de don-

nées, le méta-calcul, les outils d’évaluation de la

performance, la visualisation avancée et la paralléli-

sation automatique) pour contribuer à l’équilibre

des forces reconnues du Canada quant à la

recherche axée sur le calcul.

La réponse du Premier ministre au Discours du Trône

de 2004 exigeait un Canada à l’avant-garde de l’éco-

nomie du 21ème siècle. Nous offrons une stratégie de

CHP qui peut faire du Canada le pays qui réalise au

mieux le potentiel du CHP. Les investissements ini-

tiaux effectués dans nos universités et hôpitaux ont

pavé la voie vers de nouveaux gains économiques

stimulants pour le Canada. L’élan a été donné au

cours des quelques dernières années grâce à l’éta-

blissement d’une excellente infrastructure informa-

tique de milieu de gamme. Davantage de mesures

suivront dès que les petites et moyennes entreprises

(PME) canadiennes obtiendront l’accès aux res-

sources disponibles par le biais d’IMPACT Canada.

Bien que les PME soient reconnues comme le moteur

économique du Canada, elles n’ont pas les ressources

pour investir dans des recherches précompétitives

axées sur le CHP. Le financement d’IMPACT Canada

contribuera à combler cet écart.

Nous prévoyons qu’IMPACT Canada collaborera avec

des groupes tels que le Conseil national de recher-

ches du Canada (CNRC)/Programme d’aide à la

recherche industrielle (PARI) pour faciliter l’accès des

PME canadiennes au CHP, au personnel hautement

qualifié ainsi qu’aux résultats et à l’équipement

avancés de recherche. Il faut aussi réunir les PME, les

chercheurs et les possibilités de recherche.

Sommaire

26

Financement

Le financement soutenu sera une condition préa-

lable pour répondre aux besoins grandissants de la

recherche computationnelle actuelle et à venir, et

pour assurer que l’investissement actuel du Canada

est exploité selon son plein potentiel. Suite aux

quatre derniers concours de la FCI (1999, 2000, 2002

et 2004), le public (la FCI et les provinces) ont investi

plus de 250 millions $ dans une infrastructure com-

putationnelle, ce qui s’ajoute au financement de

l’industrie et des universités. Les dépenses totales

en capital représentent actuellement en moyenne

plus de 40 millions $ par année. Le CRSNG fournit

maintenant plus de 1 million $ annuellement en

fonds d’exploitation pour ces installations. La FCI

fournit présentement une portion des fonds d’ex-

ploitation pour certains de ces systèmes (environ

6 millions $ par année), mais ce financement ne sera

peut-être pas disponible pour les concours de la FCI

après 2004. Il n’y a aucun autre système en place

pour maintenir le financement de l’infrastructure

existante quand le soutien d’exploitation de la FCI

se terminera.

Contrairement à la plupart des autres types d’infra-

structures, le CHP devient désuet très rapidement.

La loi de Moore (consultez l’encadré à la page 34)

impose la mise à niveau de l’équipement de CHP

environ aux trois ans si on veut conserver les instal-

lations et la recherche canadiennes à un niveau de

compétitivité international. Pour soutenir l’infra-

structure actuelle, notre communauté doit soumet-

tre de multiples applications à de multiples orga-

nismes qui possèdent de multiples mécanismes

d’établissement de rapports et d’évaluation (et des

calendriers très variables). Ces incertitudes provo-

quées par le contexte actuel de financement au

Canada - à l’opposé des engagements solides envers

le CHP de nos principaux compétiteurs interna-

tionaux - se traduisent par un désavantage com-

pétitif important pour la recherche et le développe-

ment au Canada; cela entraîne des échecs dans la

capitalisation de nombreuses possibilités.

Pourtant, la FCI a fait d’importants investissements

dans le CHP en 2004, qui seront mis en œuvre en

2005. Un soutien est également en place pour une

certaine période de temps par le truchement de la

FCI. Par conséquent, nous pensons qu’un renforce-

ment échelonné du financement est nécessaire

pour maintenir les consortiums et amorcer la mise

en place d’une installation computationnelle de

pointe qui aura une présence soutenue parmi les

trente installations computationnelles les plus puis-

santes au monde. Nous reconnaissons un besoin ini-

tial de 76 millions $ par année par le biais d’un

financement public en 2006 qui sera accru à 97 mil-

lions $ en 2012. Nous prévoyons une contribution

supplémentaire de l’industrie de l’ordre de 20 mil-

lions $ en 2006 à 25 millions $ en 2012. Le budget

annuel total (2012) nécessaire pour offrir et main-

Sommaire

27

Année 2006 2009 2012

(Financement en millions $1)

Immobilisations du CHP : 44+13* 49+14.5* 54+16*ConsortiumsInstallation de pointe (téra-ordinateurs) 10+3* 12+3.5* 14+4*

Opérations du CHP :Infrastructure humaine 13+4* 15+4.5* 17+5*Installations 8 9 10IMPACT Canada 1 2 2

Total de la contribution publique : 76 87 97Total de la contribution industrielle* 20 22.5 25

1 En 2004 $ * Contribution industrielle

tenir une infrastructure de CHP nationale de rang

mondial sera de 97 millions $, en provenance de

sources publiques.

Ce qui nous mène à formuler la recommandation

suivante pour le financement (au chapitre 5) :

5.1 Nous recommandons fortement l’établisse-

ment d’une enveloppe de financement à

l’appui du CHP au Canada. Nous prévoyons

que ce financement pourrait s’échelonner sur

une période de six ans de la façon suivante :

Le financement au-delà de 2012 reposera sur la

future planification. Les chiffres sont difficiles à

prévoir étant donné les changements dans les coûts

en matière de technologie, dans les hausses des

coûts en matière de ressources humaines et

d’autres facteurs hors de notre contrôle ou encore

inconnus.

Selon ce budget annuel établi qui demande un

financement public d’ici 2012, les 97 millions $ se

répartissent comme suit :

• 76 millions $ par année pour le soutien

soutenu du CHP avancé de milieu de gamme,

y compris les immobilisations (54 millions $),

l’infrastructure humaine (14 millions $), et

dans les coûts relatifs aux installations (8 mil-

lions $);

• 19 millions $ par année pour l’installation de

pointe (14 millions $ pour le capital, 3 mil-

lions $ pour les ressources humaines et 2 mil-

lions $ pour les coûts relatifs à l’installation);

• 2 millions $ par année pour IMPACT Canada

(y compris les coûts en matière de personnel

et d’exploitation).

Cela présuppose que les conseils subventionnaires

continuent de financer les projets de recherche ren-

dus possibles grâce à l’accès à l’infrastructure

de CHP.

Cette initiative de financement à long terme devra

être réévaluée aux cinq ans, possiblement dans le

cadre d’un examen national sur la compétitivité

internationale du Canada en matière de recherche.

Nous suggérons l’examen des critères suivants pour

l’évaluation du rendement :

• L’excellence académique (les publications, les

prix, le maintien et le recrutement du per-

sonnel de faculté);

• L’établissement de personnel qualifié (étudiants

des cycles supérieurs, boursiers postdoctoraux,

techniciens et attachés de recherche);

• Impacts sociaux et économiques (brevets,

essaimages, partenariats industriels, trans-

ferts technologiques, infrastructure amélio-

rée, résultats en matière de santé, activités

de sensibilisation);

• L’effet des investissements en CHP sur la com-

pétitivité internationale du Canada.

Pour que le Canada demeure compétitif sur le plan

international, le CHP doit obtenir des investisse-

ments continus. De nos jours, l’infrastructure com-

putationnelle soutient un nombre croissant de

chercheurs (près de 2000 en 2004) qui pavent la voie

à une croissance formidable dans les besoins futurs

en matière de calcul. Un milieu stable de CHP appuie

les activités de nombreuses grappes de technologies

de même que tous les Réseaux de centres d’excel-

lence (RCE). Ces activités continueront d’évoluer.

Par ailleurs, la prochaine génération importante de

scientifiques versés en calcul se compose d’étu-

diants dans leur deuxième ou troisième année au

premier cycle. Leurs aspirations commerciales et

intellectuelles se forgent dans un milieu où l’infra-

structure est en pleine expansion et leurs éventuels

besoins en matière d’infrastructure de recherche

surpasseront de beaucoup le milieu actuel de CHP.

En moyenne, il faudra attendre 15 ans pour qu’un

étudiant actuellement à un programme de premier

cycle soit établi dans une des nombreuses profes-

sions de recherche. Ces étudiants s’attendent à ce

que l’infrastructure requise leur soit accessible tan-

dis qu’ils poursuivent leurs études et qu’ils s’établis-

sent dans leur carrière d’ici 2020.

Sommaire

28

Il n’est pas rare qu’il faille dix ans ou plus pour met-

tre sur pied de bonnes équipes de recherche et que

leur technologie passe des idées aux produits com-

merciaux. Il faut au moins autant de temps pour

former la prochaine génération à avoir des capa-

cités de recherche avancée. Les étincelles créatives

qui ont enflammé les étudiants diplômés d’aujour-

d’hui grâce à l’infrastructure financée par la FCI ne

pourront atteindre leur plein potentiel à moins

qu’ils n’aient accès aux ressources appropriées au

long de leurs études et dans leur carrière universi-

taire, des secteurs public ou industriel. Si nous n’in-

vestissons pas maintenant, nous porterons un

sérieux préjudice au programme d’innovation du

Canada. Un soutien à long terme du CHP permettra

au Canada de profiter pleinement de ses initiatives

de financement actuelles.

Présentement, la FCI est structurée de manière à

financer de nouvelles infrastructures pour la

recherche innovatrice. La FCI a joué un rôle de pre-

mier plan dans l’établissement de la position solide

du Canada en matière de CHP. Toutefois, le présent

mandat de la FCI et son futur financement jusqu’à

2010 ne sont pas bien adaptés pour assurer une

viabilité à long terme d’infrastructures pluri-insti-

tutionelles d’importance telles que les consortiums

régionaux de CHP. Dès que l’infrastructure sera

établie cependant, il est fondamental qu’elle soit

maintenue à jour, que les chercheurs qui l’utilisent

obtiennent un soutien prévisible à long terme et

que tout cela fasse l’objet d’un examen.

Il y a de nombreuses façons de mettre en oeuvre

ce nouveau programme à l’aide de mécanismes

existants, y compris de nouveaux fonds affectés à

des fins particulières au sein de la FCI ou par le

biais d’une initiative spéciale de trois conseils

(comme pour la direction des chaires de

recherche du Canada). Sinon, il pourrait être mis

en oeuvre par le biais d’un mécanisme de

financement distinct qui utilise les critères d’exa-

men énumérés plus haut. La mise en œuvre du

plan à long terme nécessitera le leadership du

gouvernement fédéral et un financement impor-

tant de sa part. Néanmoins, il serait souhaitable

que les gouvernements provinciaux participent

également à cette stratégie. Cela leur permet-

trait de rehausser leur infrastructure régionale de

CHP de manière à traiter des priorités provin-

ciales particulières à ce sujet. Aborder ces per-

spectives individuelles allait au-delà de la portée

de ce plan. Les deux ordres de gouvernement

devront en discuter.

Sommaire

29

Conclusion

Au cours des 5 dernières années, le Canada s’est

forgé une solide réputation internationale quant

aux installations de CHP de milieu de gamme. Cela

a permis d’attirer de nombreux chercheurs remar-

quables dans les universités canadiennes et a con-

tribué à la croissance de l’industrie canadienne. En

revanche, si nous souhaitons garder ces gens et tirer

pleinement profit de cet investissement, il faut

maintenir l’infrastructure de CHP à un niveau com-

pétitif. Si nous souhaitons aussi relever de grands

défis, il faudra établir une installation de calcul de

pointe. Présentement, le Canada se classe 14ème au

monde pour ses capacités de CHP par rapport au PIB

(chapitre 5); c’est-à-dire en dessous des pays avec

lesquels nous établissons habituellement des com-

paraisons. L’adoption des recommandations de ce

plan nous permettrait de monter au 6ème rang (entre

l’Allemagne et le Mexique). Grâce à cet investisse-

ment et à ces installations, les chercheurs canadiens

pourraient faire figure de chefs de file en matière

de découvertes et d’innovation, et l’industrie cana-

dienne pourrait être compétitive dans de nouveaux

domaines lucratifs.

Sommaire

30

Neurochem et un traitement contre la maladie d’Alzheimer

En appuyant les sociétés essaimées, le Canada

appuie non seulement la durabilité et l’auto-

nomie de la recherche de pointe au pays, il

investit dans le succès économique qui prend racines ici.

Neurochem a grandement participé aux développe-

ments du CHP et elle s’est forgée depuis l’Université

Queen’s. Elle représente maintenant un modèle de

réussite canadien puisqu’elle est devenue une société

pharmaceutique canadienne moyenne comptant

environ 100 employés. Le CHP a joué un rôle de pre-

mier plan dans cette réussite comme outil principal

durant la commercialisation des technologies éla-

borées à l’université.

Le secteur pharmaceutique constitue un élément

important de l’économie des pays développés. Tandis

que la population mondiale augmente et qu’elle fait

face aux problèmes de santé en pleine croissance du

monde moderne, la découverte de substances chi-

miques nouvelles (SCN) comme thérapeutique pour

les maladies humaines deviendra l’une des plus

grandes réalisations du 21ème siècle.

La capacité des ressources de CHP à fournir et

analyser des données de manière opportune con-

tribue à faire avancer la recherche. Il existe de nom-

breux exemples de l’importance du CHP quant aux

découvertes de médicaments. On s’est servi de calculs

au sein d’un milieu de CHP dans le cadre d’une décou-

verte cruciale. Il s’agissait de permettre la conception

de molécules nouvelles pour établir la liaison à la

bêta-amyloïde, un peptide intervenant dans la mala-

die d’Alzheimer. Les scientifiques estiment que

jusqu’à quatre millions et demi de personnes en

Amérique du Nord souffrent présentement de la

maladie d’Alzheimer. Cette découverte canadienne

pourrait paver la voie dans la prévention de la mala-

die, dont le taux d’incidence est d’environ 360 000

nouveaux cas chaque année. Les composés qui en

découlent sont maintenant en phase III des essais

cliniques chez les humains au Canada et un traitement

potentiel pourrait voir le jour dans quelques années.

« Le Canada a besoin d’autres modèles deréussite comme Neurochem. L’accès auCHP sera important pour atteindre cetobjectif. En outre, les retombées seronttout aussi formidables : un médicamentefficace pour lutter contre la maladied’Alzheimer ou un nouvel antibiotiqued’une utilité générale représentera une“molécule à un milliard de dollars” ».

Dr Donald Weaver

Président de la recherche au Canada

en neurosciences cliniques

Professeur de chimie

Université Dalhousie

ÉTUDE DE CAS

L’une des principales approches dans la conception de

médicaments pour lutter contre la maladie d’Alzheimer est de

mettre au point des molécules qui peuvent se lier au peptide

bêta-amyloïde (illustré ici). Puisqu’on n’a jamais réussi à

cristalliser ce peptide de manière efficace, de telles études

structurales dépendent totalement de la modélisation

moléculaire et des études de simulation dans un milieu de cal-

cul de haute performance. Ces études assistées par ordina-

teur sont essentielles dans la conception de molécules de

médicament qui interagissent de façon sélective avec des

molécules discrètes qui causent la maladie.

31

Conserver la beauté de l’environnement au Canada

Le Canada possède plus de 418 millions d’hectares de

forêts, ce qui représente 10 % des terres forestières

au monde! Pour cette raison, le Canada est un chef

de file mondial dans certains des domaines associés à la

recherche forestière telles la recherche en télédétection,

la surveillance des forêts et la comptabilisation du carbone.

Le Service canadien des forêts (SCF), une division de

Ressources naturelles Canada (RNCan), est un leader

dans la recherche en télédétection relative à la

foresterie et à la surveillance des forêts. Le SCF se sert de

grands volumes de données télédétectées pour créer

des produits à l’usage de l’inventaire forestier, de la

comptabilisation du carbone forestier, de la surveillance

du développement durable et de l’aménagement des

paysages. Grâce à une bibliothèque de télédétection

qui compte plus de 2 200 images, l’envergure des don-

nées de télédétection est de plus en plus grande. Afin

d’offrir une imagerie à haute résolution spectrale et

spatiale aux fins d’analyse précise, le CHP est essentiel

au traitement et à la transmission de ces images depuis

des sites éloignés nationalement pour qu’elles puissent

être stockées dans un dépôt entièrement accessible. Par

exemple, une image AVIRIS représentative peut être

d’environ 4 gigaoctets. Il n’y a qu’à multiplier cela par

2 200 pour comprendre l’impact important qu’ont le

CHP et les réseaux haute vitesse sur le traitement de ces

images télédétectées de grande qualité.

Le SCF ne se fie pas uniquement sur le calcul de haute per-

formance pour recueillir, traiter et stocker des images

télédétectées; il recourt au CHP pour faciliter la recherche

et la distribution collaboratives de produits dans l’ensemble

du Canada et il permet au public d’accéder aux résultats de

recherche de manière opportune. Sans le CHP, le réseau

pancanadien de centres de recherche forestière ne pourrait

pas traiter les données télédétectées recueillies sur le terrain

quotidiennement. Le CHP réduit aussi considérablement le

temps de calcul requis pour les applications et la modélisa-

tion chronophages.

Les répercussions de cette recherche jouent un rôle central

dans l’analyse en temps opportun des résultats pour l’amé-

nagement forestier, l’inventaire forestier, l’industrie

forestière et l’information du public. Elles procurent en

outre des systèmes de mesure et de surveillance de

prochaine génération qui répondent aux questions clés

relativement aux changements climatiques et rendent

compte du développement forestier durable du Canada à

la fois sur les plans national et international.

« Sur le plan économique, le CHP non seulement facilitecette nouvelle méthode de recherche en télédétection eten foresterie, mais il procure un rendement des investisse-ments pouvant entraîner une hausse de 1 % dans la ventede produits forestiers, ce qui se traduirait par un profit de700 millions $ par année au Canada uniquement. »

Dr David Goodenough

Chercheur principal

Ressources naturelles Canada

Service canadien des forêts

Centre de foresterie du Pacifique

Le cube de données ci-dessus a été créé à partir d’une image

hyperspectrale prise par AVIRIS (spectromètre imageur aéro-

porté opérant dans le visible et l’infrarouge) en 2002 au-dessus du

bassin hydrographique du Grand Victoria. L’image compte 1988

pixels de long sur 1331 pixels de large, chaque pixel couvrant

4 mètres de terrain.

Les images hyperspectrales contiennent des centaines de bandes

spectrales étroites, tandis que les images des caméras numériques

n’en contiennent que trois : rouge, vert et bleu. Chaque bande

couvre 10 nanomètres du spectre électromagnétique. Cette image

contient 204 bandes spectrales dans les longueurs d’onde du vi-

sible et de l’infrarouge. Chaque couche de la coupe du cube

représente une bande.

La couche supérieure présente un composite de fausse couleur,

qui consiste en deux bandes des longueurs d’onde de l’infrarouge

et une bande des longueurs d’onde du visible. Le rose représente

les zones sans végétation, le vert pale les jeunes peuplements, le

vert foncé les zones présentant des forêts plus matures et le noir

des zones qui contiennent de l’eau.

La partie en niveau de gris du cube présente l’image selon une

seule bande, 2 400 nm, la plus grande longueur d’onde détectée

par AVIRIS.

ÉTUDE DE CAS

32

Chapitre 1 : Introduction

L a vitesse des avancées scientifiques ne fait

qu’accélérer. Au cours de la dernière décen-

nie, des domaines de recherche tels que la

nanotechnologie, la bioinformatique et le

« googlage » se sont taillés une place de premier

plan. Ces termes en soi sont des néologismes qui

font fureur. Ces domaines, ainsi que d’autres nou-

velles frontières scientifiques, représentent la voie

vers de nouvelles connaissances et percées tech-

nologiques à l’appui de notre bien-être économique

et social. Lorsqu’on associe cela aux nouvelles pers-

pectives en matière de sciences fondamentales — y

compris changer les idées sur les origines de l’uni-

vers, les secrets de l’ADN et les fondements des réac-

tions chimiques — nous avons une révolution scien-

tifique sans précédent qui est plus importante que

les changements qui ont entraîné la première révo-

lution industrielle. L’innovation est de plus en plus

rapide et la course s’intensifie quant à savoir qui

sera le premier à en tirer profit.

La pierre angulaire de cette révolution est l’ordina-

teur. L’ordinateur représente essentiellement un

laboratoire de recherche rentable et partagé. Il peut

être utilisé pour simuler le début des temps, pour

calculer les réactions prévues de l’aile d’un nouvel

avion, pour filtrer des milliards de pièces de données

biologiques et pour contribuer à la conception

d’une machine qui mesure un millionième de mètre

en diagonale. Les ressources informatiques ont eu

un effet important sur chaque domaine de

recherche, y compris les sciences, l’ingénierie, la

médecine, les sciences sociales et humaines. Alors

que les capacités de calcul augmentent — les ordina-

teurs sont plus rapides, la mémoire et les disques

plus vastes et la capacité des réseaux augmentent —

nous nous attaquons à des problèmes qui sem-

blaient impossibles il y a de ça quelques années

seulement. Notre curiosité intellectuelle pousse

constamment les limites et nous pouvons véritable-

ment dire que :

« … une nouvelle ère a vu le jour dans le domainede la recherche scientifique, médicale et en génie,poussée par les progrès continus réalisés dans lestechnologies du calcul, de l’information et des com-munications et entraînée par la complexité, la portéeet l’étendue accrues des défis actuels. » [REF 11]

Bien que la puissance de calcul d’un ordinateur de

bureau de pointe continue d’augmenter rapidement

(consultez l’encadré à la page 34), pour certaines

applications ces avancées ne sont pas suffisantes pour

réaliser une recherche de pointe. Afin que la British

Columbia Cancer Agency soit la première à séquencer

le virus du SRAS, 400 ordinateurs ont fonctionné sans

arrêt pour analyser les données biologiques. Encore

là, la première place a été remportée grâce à une

photo de fin de course (et il n’y a eu aucun prix pour

la seconde place) [REF 12]. Bombardier Inc. du Canada

et l’industrie aérospatiale canadienne en général

regorgent de modèles de réussite importants. Des

ressources de calcul massives servent à simuler la

prochaine génération d’avions. Ces travaux ont

nécessité au préalable la construction et l’essai d’une

infrastructure physique dispendieuse, notamment

des tunnels aérodynamiques massifs, mais ils peuvent

maintenant s’effectuer en grande partie dans les con-

fins d’un ordinateur. Pour qu’Environnement Canada

puisse présenter des prévisions météorologiques en

temps réel, il lui faut un ordinateur qui possède des

capacités des centaines de fois supérieures à celles

d’une machine de table (un ordinateur composé de

960 processeurs IBM pSeries 690 qui figurait au 74ème

rang de la liste des 500 meilleurs au monde en novem-

bre 2004). Le Hospital for Sick Children de Toronto

utilise un ordinateur muni de plus de 200 processeurs

pour analyser des centaines de milliards de pièces de

données génomiques dans ses recherches pour trou-

ver les causes génétiques des maladies. Des investisse-

ments scientifiques importants du Canada, tels que

l’Observatoire de neutrinos de Sudbury, le Centre

canadien de rayonnement synchrotron et TRIUMF ont

tous d’immenses besoins en matière de calcul de

haute performance (CHP), des besoins qui vont bien

au-delà de l’ordinateur de bureau ordinaire. Tandis

que nous sortons des cadres familiers de méthodolo-

gies de recherche théoriques et expérimentales et que

nous approfondissons le sujet de la recherche axée sur

le calcul – où nous traitons de problèmes trop impor-

tants, dispendieux et dangereux, ou simplement

impossibles à résoudre en utilisant d’autres technolo-

gies – le CHP devient la pierre angulaire du progrès.

Chapitre 1

33

L’avènement de l’informatique et particulièrement

du CHP, a changé de façon fondamentale la

manière d’effectuer des recherches. Pour être com-

pétitifs au 21ème siècle, les chercheurs ainsi que leurs

partenaires de recherche et de développement

doivent utiliser les outils du 21ème siècle. Par con-

séquent, des ressources de calcul haute perfor-

mance de pointe sont maintenant indispensables

aux progrès de recherche dans les sciences

appliquées, physiques et humaines. Les entreprises

et les gouvernements

doivent également avoir

accès à cette infrastruc-

ture pour mettre en

œuvre de nouvelles con-

naissances de recherche

et pour tirer profit de

nouvelles possibilités

dans des secteurs aussi

diversifiés que la santé,

l’environnement, l’én-

ergie, les transports, le tourisme et la fabrication.

Sobeys Inc. utilise un ordinateur composé de 512

processeurs pour satisfaire ses besoins commerci-

aux. Les sociétés pétrolières de Calgary utilisent des

grappes de calcul, certaines composées de dizaines

de milliers de processeurs, pour réaliser des analyses

sismiques visant à trouver les meilleurs endroits

pour chercher du pétrole. De nombreuses autres

entreprises comptent sur des ressources informa-

tiques à grande échelle pour assurer des opérations

quotidiennes fiables dans des industries telles que

les activités bancaires, les télécommunications, la

sécurité et la recherche sur Internet. Ces ressources

informatiques sont invisibles, un partenaire

économique silencieux, et peu de clients sont cons-

cients de l’énorme infrastructure informatique qui

supporte les opérations continues de tous les jours.

L’infrastructure du calcul de haute performance

représente des ressources qui surpassent grande-

ment celles d’une machine de table ordinaire, tout

en étant la technologie principale qui catalyse la

révolution des connaissances que nous vivons. Cette

infrastructure de recherche sera essentielle si le

Canada fait des découvertes scientifiques clés et tire

profit des avantages économiques et sociaux

provenant des innovations. L’accès à cette technolo-

gie et aux avantages qui en découlent sera crucial

pour notre compétitivité comme pays. C’est un

point tournant de l’histoire, un moment où nous

pouvons créer et vendre les outils, les services et les

avantages qui découlent des efforts déployés à

l’aide des ressources de CHP, ou les acheter.

L’Association C3.ca (www.c3.ca) est la voix nationale

du Canada pour le calcul de haute performance.

Notre vision est de bâtir une plateforme pluri-institu-

tionnelle, compétitive et d’impact important à

l’échelle internationale pour la recherche computa-

tionnelle, tout en répondant aux besoins de l’ensem-

ble de l’industrie et de la société en matière d’inno-

vation, d’éducation, de formation et de sensibilisa-

tion. Suite à ses travaux qui ont duré deux ans,

La loi de Moore : la vitesse desordinateurs double aux 18 mois

En 1965, Gordon Moore (un des co-fondateurs d’Intel)

a remarqué que le nombre de transistors (commuta-

teurs) qu’on pouvait installer sur une puce d’ordinateur

augmentait de façon constante. Puisqu’il existe une

corrélation entre le nombre de transistors sur une puce

et les besoins du processeur, la « loi » de Moore a été

extrapolée pour suggérer la performance des ordina-

teurs. La version moderne de la loi

de Moore est que la vitesse d’un

ordinateur double tous les

18 mois. Étonnamment, la prévi-

sion de Moore est fiable depuis

près de 40 ans, et la vitesse de l’in-

novation technologique ne sem-

ble pas vouloir diminuer. Par

exemple, les calculs d’une année

complète d’un ordinateur person-

nel de 1980 prendraient environ 5

secondes à effectuer sur un poste

de travail de 2004!

Les répercussions de la loi de Moore en matière de

recherche computationnelle représentent un défi. Un

ordinateur acheté aujourd’hui sera deux fois moins vite

qu’un ordinateur acheté seulement dans 18 mois. Pour

de nombreux domaines de recherche, négliger un fac-

teur de deux pour la puissance computationelle par rap-

port à la compétition représente un sérieux désavantage.

Peu de prix sont accordés à la deuxième place. Par con-

séquent, il est nécessaire de se procurer la technologie la

plus récente de façon constante — une situation iné-

galée dans l’histoire de la recherche scientifique. [REF 13]

34

Chapitre 1

l’Association a formulé une stratégie nationale pour

créer un milieu de calcul soutenu et durable pour la

recherche au Canada. Dans ce contexte, le groupe de

rédacteurs du plan à long terme a tenu des assem-

blées publiques dans l’ensemble du Canada et a

obtenu des commentaires de la part de tous les

secteurs clés d’utilisateurs du CHP (y compris des utili-

sateurs industriels pertinents), en plus d’examiner les

tendances internationales. Ce rapport est le point

culminant de ces efforts et présente nos conclusions

et recommandations.

Qu’est-ce que le calcul de haute performance?

Comme outil fondamental de la science moderne,

la médecine, l’ingénierie et les affaires, l’ordinateur

est sans égal. Un microscope physique présente une

gamme finie de grossissement mais un ordinateur

peut grossir mathématiquement un problème à

une échelle presque arbitraire. Les machines et les

instruments doivent être réoutillés ou reconfigurés

pour différents motifs mais on peut rapidement

charger un nouveau logiciel dans un ordinateur

pour effectuer de nouveaux calculs. Les humains

peuvent évaluer de nombreux scénarios

économiques différents avec compétence mais un

ordinateur peut dresser la liste complète de tous les

scénarios intéressants, pour ensuite produire un

graphique qui résume les résultats. L’ordinateur

élargit les sens, l’esprit et les modèles du scien-

tifique pour envisager des problèmes qui sont

autrement peu pratiques à résoudre. Une des carac-

téristiques remarquables des ordinateurs est leur

capacité à servir dans l’étude de problèmes selon

une grande variété d’échelles : le temps peut varier

d’un milliardième de seconde à un éon, et la dimen-

sion peut être celle d’un atome ou d’un système

solaire. Un modèle informatique est un outil puis-

sant et souple qui peut simuler des phénomènes

physiques, réduire ou éliminer la nécessité de cons-

truire des modèles physiques dispendieux comme

des tunnels aérodynamiques. L’ordinateur est aussi

important pour les biologistes que pour les

ingénieurs en géotechnique, les physiciens et les

chercheurs du domaine médical; il s’agit d’un outil

de recherche partagé rentable qui peut servir de

laboratoire virtuel pour presque tous les domaines

d’exploration scientifique.

« Le corps humain est sans aucun doute lamachine la plus complexe jamais créée. Les chercheurs en génomique ont entrepris la tâche difficile de découvrir comment il s’organise et fonctionne. Le calcul de hauteperformance joue un rôle de premier plandans cette recherche. Sans une infrastructureinformatique extrêmement sophistiquée, la recherche génomique serait impossible. »

Christoph Sensen

Directeur, Visual Genomics Institute

Université de Calgary

Christoph Sensen interagit avec une molécule de misopros-

tol tridimensionnelle au système de visualisation CAVE du

Visual Genomics Center de l’Université de Calgary.

35

Chapitre 1

Les chercheurs et les développeurs, que ce soit au sein des universités ou de l’industrie, fonthabituellement l’essai de leurs théories à l’aide dedifférents ensembles de paramètres d’entrée, ycompris ceux créés suite à des calculs précédents.Plus le scientifique attend un résultat, plus leprocessus de travail est ralenti par les incerti-tudes—et par conséquent, plus l’attente estlongue avant d’obtenir de nouvelles connais-sances. La productivité de la recherche, le tempsd’accès à la fabrication puis au marché, l’acquisi-tion d’informations, la découverte et l’innovationdes connaissances peuvent tous être grandementaméliorés par le biais du CHP.

Grosso modo, on peut définir le CHP comme une

infrastructure informatique qui est au moins 100 fois

plus puissante qu’une machine de table de pointe et

qui peut être, selon les normes actuelles, des dizaines

de milliers de fois plus puissante. Le mot puissance est

de rigueur. Un calcul qui pourrait prendre un an sur

une machine de table est réduit à un calcul d’une

heure sur une machine de CHP de rang mondial. Le

temps requis pour obtenir une réponse est souvent

crucial : il est tout aussi important de faire l’essai d’une

théorie sous toutes ses coutures que d’introduire de

nouveaux produits sur les marchés mondiaux. Ainsi, le

CHP a un rôle important à jouer quant à la réalisation

scientifique et la compétitivité économique.

Bien que l’on assimile généralement le CHP à de sim-

ples ordinateurs puissants, en réalité le « supercalcul

» n’est qu’une pièce du casse-tête. Le CHP comprend

le continuum complet, de l’acquisition à la manipula-

tion, au stockage, à l’analyse et à la sortie des don-

nées. D’un côté du canal de recherche, des dispositifs

de collecte de données recueillent l’information qui

sera traitée. Ces données peuvent provenir de dif-

férentes sources tels des capteurs sismiques, des bal-

lons-sondes météorologiques, des observations par

télescope, des bases de données de transactions

financières et des registres des activités sur le Web.

Les données sont préparées, stockées puis alimentées

dans les ordinateurs de CHP pour analyse. Les sorties

qui en découlent peuvent être un simple verdict

booléen (une réponse vraie ou fausse) ou aussi com-

plexes qu’une image multidimensionnelle de haute

précision. La productivité est considérablement

accrue par l’accès à une variété de formes de sorties

pour aider les utilisateurs à interpréter et présenter

davantage leurs données, comme les bases de don-

nées, les affichages à l’écran, les environnements

d’immersion tridimensionnelle (CAVE : consultez

l’encadré à la page 35) et les imprimantes 3D.

Bien que les ordinateurs puissent répondre à des ques-

tions provenant d’un large éventail de problèmes, c’est

dans le domaine de la simulation que le calcul de haute

performance prend le plus d’importance. En réalité, de

nombreuses questions de recherche d’avant-garde ne

peuvent être résolues qu’en utilisant une technologie de

calcul tout aussi avant-gardiste pour simuler les relations

entre les phénomènes, à l’aide de modèles mathéma-

tiques complexes qui donnent les moyens de découvrir

de nouveaux renseignements. Par exemple, l’élaboration

d’un modèle réaliste de l’impact du réchauffement de la

planète devrait selon toute probabilité intégrer une

grande variété d’interactions entre l’atmosphère, la terre

et l’océan. Des groupes d’experts au sein de disciplines

d’appui peuvent travailler de concert pour élaborer ce

modèle puis, à l’aide des ressources de CHP, commencer

à répondre aux questions telles que « Quels sont les

impacts potentiels sur les rives du globe si la fonte de la

calotte polaire augmente? » ou « Quelles seront les con-

séquences si les mesures convenues dans le cadre de

l’Accord de Kyoto ne sont pas mises en œuvre? » Les

réponses s’avèreront cruciales dans l’évaluation de l’im-

pact qu’auront les changements climatiques sur les

humains, la faune les propriétés et l’activité économique.

Nanotechnologie

La manipulation de matières à des niveaux

nanométriques (un millionième de mètre) promet

d’entraîner une nouvelle révolution industrielle. Le

Canada vise à devenir un leader en nanotechnologie

grâce à des initiatives comme l’Institut national de

nanotechnologie (INN), fondé récemment.

Les scientifiques réorganisent les atomes individuels

pour construire de nouveaux matériaux, dispositifs et

structures qui possèdent des qualités inégalées,

uniques et d’une valeur inestimable, telles une résis-

tance et une durabilité élevées.

Les expériences physiques à ce degré de précision sont

difficiles et dispendieuses. Les scientifiques étudient

l’aspect physique des interactions des particules à

l’aide de modèles informatiques pouvant identifier

quelles expériences de laboratoire seraient une perte

de temps et de ressources et lesquelles seraient selon

toute probabilité réussies. On adopte cette nouvelle

stratégie au sein de nombreux domaines de recherche.

Les armoiries de l’Université de l’Alberta sur la tête

d’une aiguille (grossissement X 10 000). L’image a été

réalisée à l’aide de la lithographie à faisceau d’électrons.

36

Chapitre 1

Un cycle de progrès scientifiques et technologiques

sert de catalyseur au potentiel et aux besoins en

matière de ressources de CHP. Des processeurs plus

rapides requièrent des ordinateurs plus puissants, ce

qui permet la résolution de problèmes plus impor-

tants et complexes, donnant de l’allant à la curiosité

intellectuelle et se traduisant par des processeurs

encore plus puissants. Les simulations de CHP de

notre monde physique nous ouvrent de nouveaux

horizons et les approches traditionnelles d’expé-

riences en laboratoire et d’analyses théoriques sont

souvent rendues inappropriées dans l’atteinte des

connaissances que nous cherchons. La capacité de

stockage (à la fois mémoire et sur disque) ainsi que

l’accessibilité aux réseaux et à des largeurs de bande

haute vitesse doivent être accrues tandis que les

scientifiques repoussent leurs limites et s’attaquent

à plus de questions de recherche au sein d’équipes

multidisciplinaires. À vrai dire, la modélisation com-

putationnelle de phénomènes à échelles multiples

est en voie de devenir la technique principale pour

donner des réponses aux questions difficiles en ce

qui touche la nanotechnologie, les changements cli-

matiques, les analyses financières, les sciences de

l’environnement et les transports.

Le Canada et le CHP

Le Canada a de longs antécédents dans la recherche

en CHP et dans le développement d’applications de

CHP (consultez l’encadré à la page 38). Le premier

site de CHP du Canada pendant de nombreuses

décennies a été celui d’Environnement Canada, où

la technologie sert aux prévisions météorologiques

nationales. Toutefois, il y avait une forte demande

pour une ressource de calcul universitaire et on a

tenté d’en établir dans les années 1980 et au début

des années 1990. Les trois installations ont survécu

pendant une courte période mais ont dû finale-

ment fermer leurs portes en raison d’un manque de

financement soutenu. En conséquence, le Canada

occupait une place sans importance dans la commu-

nauté internationale de recherche axée sur le CHP

jusqu’à la fin des années 1990.

En 1997, le gouvernement du Canada a créé la

Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) en

vue de financer l’infrastructure de recherche. De

concert, la FCI et ses partenaires provinciaux, indus-

triels et universitaires ont investi plus de 250 mil-

De kilo à méga à giga et au-delas

Il n’y a pas si longtemps, le matériel informatique était

mesuré en méga-machin : mégahertz de performance

de l’unité centrale et mégaoctets de mémoire. Les

temps ont changé. Les ordinateurs à 800 mégahertzs

d’hier sont les machines à quatre gigahertz d’aujour-

d’hui. Les mémoires à gigaoctets sont monnaie courante

et les machines de pointe supportent maintenant des

téraoctets de mémoire. La capacité du disque a connu

une croissance incroyable, de quelques gigaoctets il y a

quelques années à la capacité de stockage de pointe en

téraoctets, sans compter les systèmes pétaoctets qui fe-

ront leur entrée bientôt. Alors que la technologie évolue,

nous avons besoin de nouveaux termes pour illustrer les

capacités grandissantes. Voici un tableau de référence

pour les unités communes de mesure : [REF 14]

37

Chapitre 1

Préfix Origine Nombre d’unités

Kilo Grec khilioi (1 000) 103 210 = 1 024

Méga Grec megas (« grand ») 106 220 = 1 048 576

Giga Latin gigas (« géant ») 109 230 = 1 073 741 824

Téra Grec teras (« monstre ») 1012 240 = 1 099 511 627 776

Péta Grec pente (« cinquième ») 1015 250 = 1 125 899 906 842 624

Exa Grec hex (« sixième ») 1018 260 = 1 152 921 504 606 846 976

Zetta Latin septo (« septième ») 1021 270 = 1 180 591 620 717 411 303 424

Yotta Latin octo (« huitième ») 1024 280 = 1 208 925 819 614 629 174 706 176

lions $ dans les infrastructures computationelles

depuis 1999. Cela a donné un nouvel essor à la

recherche computationnelle dans l’ensemble du

pays et a permis d’endiguer les départs de pro-

fesseurs, d’étudiants diplômés et de personnel tech-

nique qualifié du Canada dans les domaines d’étude

relatifs au CHP.

Avec l’avènement de la FCI, les universités de par le

pays étaient incitées à collaborer à la création de la

masse critique nécessaire aux investissements impor-

tants dans le CHP. Le résultat a été la création de con-

sortiums régionaux visant à acquérir, gérer et pro-

mouvoir la recherche computationelle. Ce modèle de

partage canadien unique s’est traduit par une

collaboration sans précédent entre les institutions,

des installations de CHP plus puissantes et de plus

grands taux d’utilisation et d’expertise partagée. Le

résultat est supérieur à la somme des parties que les

universités à elles seules auraient pu obtenir. Il s’agit

d’une réussite importante du Canada reconnue sur le

plan international.

Les consortiums d’importance sont WestGrid (ouest

canadien), SHARCNET (sud ouest Ontarien), HPCVL

(est Ontarien), CLUMEQ et RQCHP (Québec) et

ACEnet (Canada Atlantique). Il y a en outre d’impor-

tantes installations de CHP à l’Université de Toronto et

l’Université de Victoria, de même que de plus petites

installations de par le pays. Chaque université impor-

tante du pays possède ses facilités de CHP ou fait par-

tie d’un consortium de CHP.

Chapitre 1

Un bref historique du calcul de haute performance au Canada

1952 Premier ordinateur de recherche installé au Canada.

1958 Le Service météorologique du Canada commence les prévisions météorologiques numériques.

1964 Le premier département de science informatique du Canada est mis sur pied.

1985–1991 Le superordinateur Cyber 205 est rendu accessible aux chercheurs (Calgary).

1988–1992 Le superordinateur Cray XMP-4 est rendu accessible aux chercheurs (Toronto).

1993–1996 Le superordinateur Fujitsu VPX240 est rendu accessible aux chercheurs (Calgary).

1993 Le Service de l’environnement atmosphérique (SEA), Environnement Canada, atteint lesixième rang sur la liste des 500 meilleurs avec un tiers de la capacité du premier rang.

1993 Création de CANARIE Inc. avec comme mandat de fournir aux chercheurs canadiensune infrastructure nationale de réseautique de pointe.

1995 Les chercheurs de CHP de l’ensemble du Canada se rencontrent pour discuter de leursbesoins communs en matière de calcul. De cette rencontre, découle la formation en1997 de C3.ca, une organisation nationale qui vise à promouvoir les intérêts de la com-munauté du CHP.

1997 Annonce de la création de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI).

1998 Walter Kohn (baccalauréat et maîtrise de l’Université de Toronto) et John Pople (ancienemployé du Conseil national de recherches) reçoivent le Prix Nobel de chimie. MonsieurKohn a inventé la théorie fonctionnelle de densité, une application qui nécessite degrandes ressources de CHP. La contribution de monsieur Pople était le programmeGAUSSIAN, un ensemble de simulation qui selon toute probabilité utilise plus de cyclesde calcul de recherche autour du monde que toute autre application de recherche.

1999 L’octroi des premières subventions de la FCI en matière de calcul haute performance.

2003 Cinq installations de recherche financées par la FCI se trouvent sur la liste des 500 meilleures.

38

Il faudra néanmoins d’autres investissements pour que

nous soyons compétitifs à l’échelle internationale. Une

mesure souvent citée en ce qui concerne l’engage-

ment national des activités relatives au CHP est la liste

connue sous le nom des 500 meilleurs sites de super-

ordinateurs (consultez l’encadré à la page 39). Comme

pour d’autres mesures uniques tel « le financement

global de la recherche », il n’y a pas consensus en ce

qui touche à la méthodologie et l’interprétation des

classements. Cependant, il ne fait pas de doute que de

nombreux gouvernements de par le monde, parti-

culièrement ceux du G7, ont fait des investissements

importants et soutenus dans le CHP et cela se voit sur

la liste. Le Canada apparaît occasionnellement sur la

liste mais n’y a jamais été de façon continue, à part

Environnement Canada. Alors que les États-Unis et le

Japon ont contribué beaucoup de fierté et de

ressources pour obtenir et recouvrir la première place

sur la liste (consultez l’encadré à la page 40), le

meilleur système canadien durant les 11 années d’exis-

tence de la liste présentait en moyenne moins de 10 %

de la puissance informatique du meilleur système (sur

la liste de novembre 2004, il s’agissait de 5,4 %).

D’autres régions du monde ont également alloué

davantage de ressources que le Canada pour le CHP,

même lorsqu’on tient compte de la taille relative des

pays et de leur économie. Nos concurrents mondiaux

ont fait du CHP une priorité en créant au moins un

centre de CHP de rang mondial chacun, en plus d’un

certain nombre de plus petits centres. Les sites de CHP

canadiens représentent plus ou moins que 1,4 % de la

puissance de calcul sur la liste – une baisse par rapport

au 2,2 % en 1993. De 1993 à 2004, la puissance de cal-

cul du meilleur système de la liste s’est accrue selon un

facteur de 700, tandis que celle du meilleur système

canadien s’est accrue selon un facteur de 226 seule-

ment. Le Canada traîne davantage de la patte en

matière de capacités de CHP malgré d’importants

investissements dans ce domaine.

Le Canada doit occuper une place soutenue sur la liste

des 500 meilleurs pour appuyer un milieu de recherche

compétitif. L’infrastructure servira à résoudre certains

des problèmes computationnels les plus exigeants au

sein des universités et de l’industrie. Une présence

soutenue du Canada sur la liste des 500 meilleurs con-

tribuera également à attirer et conserver l’expertise en

CHP, par conséquent à

rehausser le potentiel et

l’utilité de cette technologie

pour le pays. Comme on a pu

le constater sur de nom-

breux sites dans l’ensemble

du Canada, il n’est pas facile

de trouver des program-

meurs de CHP compétents et

des administrateurs de sys-

tèmes qualifiés. Ces experts

sont souvent des travailleurs

itinérants qui cherchent à

s’attaquer à des problèmes importants reconnus

mondialement et on doit leur offrir un milieu de travail

stimulant et les installations nécessaires si on veut qu’ils

restent au Canada.

Top 500

Au fil des ans, de nombreuses institutions canadi-

ennes non universitaires sont apparues sur la

liste des 500 meilleurs.

• Entreprises : AMOCO, BC Tel, Bell Canada, C.O.R.E.

Digital Pictures, DST Canada, Ernst & Young, IBM

Canada, Hydro-Québec, Pétro-Canada, Pratt &

Whitney, Sears, Silicon Graphics Canada, Sobeys,

Telus et la Bourse de Toronto

• Organismes gouvernementaux : Défense nationale

canadienne, Recherche et Développement pour la

défense et Environnement Canada

• Instituts de recherche : Centre de recherche en cal-

cul appliqué, Hospital for Sick Children et le Conseil

national de recherches

Au cours des 20 dernières années, les

tendances des ordinateurs de haute

performance ont été évaluées par le

biais de la liste des « 500 meilleurs »

ordinateurs les plus puissants au

monde (http://www.top500.org). La

figure illustre les tendances en

matière de calcul de haute perform-

ance. La ligne verte montre l’ordina-

teur le plus puissant de la liste, la ligne

mauve l’entrée inférieure et

la ligne rouge indique la moyenne

(notez que l’axe vertical est logarith-

mique). Durant cette période, les meilleures machines sont

devenues près de 500 fois plus puissantes, alors que la norme

pour faire partie de la liste s’est accrue selon un facteur de

plus de 1000. [REF 15]

39

Chapitre 1

Personnes, applications, communica-tions et technologie (PACT)

Un monde numérique bien branché et compétitif

sera un élément important dans les vies des

Canadiens au cours du 21ème siècle. Pour cette raison,

il sera essentiel d’avoir (a) des personnes bien

instruites et versées en calcul dans les universités et

les instituts de recherche; (b) une économie féconde

et un milieu innovateur pour favoriser le développe-

ment de nouvelles applications numériques; et (c)

une stratégie nationale de communications qui

comprend l’accès à des réseaux à large bande et à

une technologie computationnelle de pointe qui en

sera le moteur. Un programme de CHP réussi est un

programme multidimensionnel et nous devons

traiter de tous les aspects de façon appropriée :

Personnes. L’usage efficace des installations de CHP ne

peut s’accomplir que lorsque de solides équipes de

recherche (le corps professoral, les boursiers postdocto-

raux et les étudiants diplômés) sont appuyées par une

équipe de techniciens hautement qualifiés (program-

meurs-analystes et administrateurs de système). Le

Canada manque actuellement de personnel hautement

qualifié (PHQ) possédant les compétences requises. Il s’a-

git d’une conséquence, en partie, du manque historique

d’infrastructures de CHP au pays.

Applications. Une recherche et un développement à

grande échelle sont nécessaires au développement

d’applications pouvant utiliser efficacement les

Chapitre 1

La dimension compte

En 1997, une équipe d’ingénieurs japonais a eu l’au-

dace d’imaginer un ordinateur tellement puissant

qu’il pourrait suivre tout dans le monde en même temps

— de la vapeur des forêts vierges de Bolivie à la fumée

des usines du Mexique, le courant-jet, le Gulf Stream, les

travaux. Qui plus est, ils ont eu l’audace de le construire.

Le 11 mars 2002, lorsqu’ils ont allumé l’ordinateur, les

ingénieurs ont accompli ce qu’aucun autre mortel n’avait

réussi auparavant : ils ont créé la Terre. Ou à tout le

moins, ce qui s’en rapproche le plus.

Le Simulateur de la Terre, le superordinateur le plus puis-

sant jamais construit, a été conçu avec comme unique

objectif de créer un jumeau de notre planète. Avant

l’avènement du Simulateur de la Terre, l’ordinateur le

plus rapide au monde était une machine militaire améri-

caine pouvant réaliser 7,2 billions de calculs par seconde.

Le simulateur de la Terre réalise plus de 35 billions de cal-

culs par seconde, presque cinq fois plus vite. En réalité, il

est aussi puissant que les 12 autres superordinateurs les

plus rapides du monde mis ensemble. Situé dans de

vastes nouvelles installations à Yokohama, la dimension

du Simulateur de la Terre représente quatre courts de

tennis. Le prix? Environ 500 millions $.

Il en valait bien la peine. En intégrant des données réelles

sur le climat à partir de satellites et de balises océaniques

dans le Simulateur de la Terre, les chercheurs peuvent

créer un modèle informatique de la planète entière, puis

le faire avancer dans le temps pour voir ce qui arrivera à

notre environnement. Les scientifiques ont déjà réalisé

les prévisions des températures mondiales des océans

pour les 50 prochaines années, ainsi qu’un ensemble

complet de prévisions sur le climat qui sera prêt d’ici la fin

de l’année. Bientôt, plutôt que de spéculer sur l’impact

environnemental possible de l’Accord de Kyoto par

exemple, les décideurs pourront intégrer les paramètres

dans la Terre virtuelle puis avancer de 1000 ans pour avoir

une idée de l’effet qu’auront ces politiques. Ce type de

données concrètes pourrait révolutionner la science de

l’environnement. En clonant numériquement la Terre,

nous pourrons peut-être la sauver. [REF 16]

40

41

Chapitre 1

installations de CHP. Écrire un programme de

grande envergure qui fonctionne correctement sur

un seul ordinateur (programme séquentiel) est tou-

jours une tâche difficile. L’ajout du parallélisme à

une application peut compliquer énormément le

défi que représente le développement de logiciels.

La conception d’un programme qui fonctionne bien

sur un ordinateur muni de 10 processeurs sera de

toute évidence très différente de celle d’un pro-

gramme qui est efficace avec 1 000 processeurs.

Communications. Les ressources – à la fois les personnes

et les ordinateurs – doivent être capables de communi-

quer efficacement. La situation géographique ne

représente plus un obstacle à la collaboration. À l’aide

de l’infrastructure et des outils de communications

appropriés, des communautés virtuelles de chercheurs

peuvent collaborer entre elles, des ordinateurs d’un

bout à l’autre du pays peuvent être mobilisés pour

œuvrer sur un problème computationnel et des entre-

pôts de données peuvent assurer que tous les

chercheurs ont accès aux plus récents résultats mis à jour.

Technologie. Pour obtenir les résultats de recherche

le plus rapidement possible, les chercheurs ont

besoin de la technologie de CHP. Ils ont besoin non

seulement de processeurs multiples mais aussi d’un

accès à de larges mémoires, de large stockage de

disque et de capacité réseau suffisante (largeur de

bande). Pour obtenir une haute performance, les

applications de CHP utilisent les installations qui

offrent une capacité (des milliers de processeurs

n’est pas rare de nos jours) et/ou une faisabilité (de

nouvelles machines avec un téraoctet de mémoire

ou un pétaoctet d’espace disque font leur appari-

tion) qui vont bien au-delà que ce qu’on trouve

dans une machine de bureau de pointe. En outre,

obtenir les résultats des calculs ne représente

qu’une étape du processus de recherche de CHP; il

faut également interpréter les données. La tech-

nologie de visualisation est cruciale dans la traduc-

tion des sorties computationnelles brutes

(éventuellement des ensembles de données très

importants) vers quelque chose qu’il est possible de

voir et de mener vers une analyse perspicace.

Les personnes, les applications, les communications

et la technologie - PACT – sont chacune essentielle

à toute initiative de CHP. Il s’agit qu’une d’elles soit

plus faible et cela minera gravement l’efficacité de

l’ensemble du plan.

IMPACT Canada

Le CHP est fondamental pour la recherche au 21ème siè-

cle. Les antécédents du Canada en matière de CHP

montrent clairement que des initiatives de CHP spo-

radiques ne sont ni rentables, ni compétitives, ni utiles

à long terme. Nous avons besoin d’un plan soutenu à

long terme pour acquérir l’infrastructure, pour

soutenir les personnes et les applications, tout en allant

de l’avant dans ce domaine en pleine évolution. Par

conséquent, le Canada a besoin d’une initiative,

appelée IMPACT Canada, pour construire et coordon-

Étude du conseil sur la compétitivité

L e Conseil sur la compétitivité des États-Unis a effectué une

étude sur l’utilisation industrielle du CHP aux États-Unis. Le

rapport a été financé par la Defense Advanced Research

Projects Agency (DARPA). Il a été publié en juillet 2004 et a

sondé 33 entreprises dont la moitié présentait des recettes de

plus de 1 milliard $. Voici certaines citations tirées du

rapport : [REF 17]

« Le calcul de haute performance n’est pas seulement un outil

clé pour accroître la compétitivité, il s’agit aussi d’un outil

essentiel à la survie des entreprises. Presque 100 % des répon-

dants ont indiqué que les outils de CHP sont indispensables,

déclarant qu’ils ne pourraient être une entreprise viable sans

eux et qu’ils ne pourraient concurrencer efficacement. »

« Les entreprises ont décrit un éventail impressionnant d’a-

vantages de compétitivité obtenus à l’aide du calcul de

haute performance… Parmi les avantages stratégiques se

trouvent des gains tels des cycles raccourcis de développe-

ment de produits et des temps d’accès au marché plus ra-

pides (50 % plus rapides dans certains cas), sans compter les

coûts réduits qui en découlent. Tous ces éléments peuvent

améliorer le résultat net d’une entreprise. »

« Les répondants ont mentionné une variété de raisons pour

lesquelles le CHP n’est pas utilisé plus intensivement. Le fac-

teur le plus important est le manque de scientifiques compu-

tationnels - des experts (à l’interne ou à l’externe) qui peu-

vent utiliser les outils de CHP pour résoudre les problèmes en

question – ainsi que le budget pour les embaucher. »

« Les répondants, malgré les retours qu’ils reconnaissent

souvent avoir obtenus grâce à l’utilisation du calcul de

haute performance, signalent que la haute direction

n’apprécie souvent pas le matériel et les logiciels de CHP à

leur juste valeur. En conséquence, le CHP est souvent con-

sidéré comme un coût plutôt que comme un investisse-

ment… »

Chapitre 1

42

ner des installations de CHP, faire de la planification à

court et à long terme, initier une sensibilisation tech-

nologique, éduquer et former, ainsi que gérer les

ressources financières, humaines et technologiques re-

latives au CHP au pays. Cette initiative offrirait égale-

ment une évaluation continue du domaine en cons-

tante évolution qu’est le CHP pour identifier de nou-

veaux domaines d’importance stratégique pour le

Canada. Cela permettrait de créer des stratégies en vue

(i) de rehausser l’utilisation du CHP dans l’éducation et

la recherche pour les sciences de la santé, environ-

nementales, appliquées, physiques, de la vie et

humaines; (ii) de coordonner des ressources existantes

d’un bout à l’autre du pays, et (iii) d’allouer de nou-

velles ressources pour maximiser la compétitivité de la

recherche canadienne. Cette initiative bénéficierait

d’un personnel à plein temps pour collaborer au

développement des programmes, de la formation et

pour coordonner des colloques et offrir des conseils

ainsi qu’une assistance spécialisée aux centres de CHP

de par le pays. Elle servirait également d’interface avec

les utilisateurs de CHP au sein du gouvernement du

Canada et de l’industrie. L’initiative serait chargée de

conseiller les organismes canadiens de financement de

la recherche sur les questions relatives au CHP.

IMPACT Canada jouera un rôle clé dans l’éducation, la

sensibilisation et la formation. Il travaillera de concert

avec les universités, les hôpitaux, les collèges et les

consortiums pour offrir aux jeunes canadiens une

introduction à la science computationnelle, qui est

maintenant reconnue comme élément crucial dans

Le Conseil national de recherches du Canada

Le CNRC est la ressource principale du gouvernement

du Canada pour le développement et la commer-

cialisation des sciences et de la technologie. Il œuvre au

sein du domaine de l’innovation, allant des découvertes

scientifiques aux frontières mêmes du savoir, au

développement et à la commercialisation de produits

destinés aux marchés mondiaux.

Le CHP constitue un élément fondamental des pro-

grammes d’innovation du CNRC. Il est utilisé pour

résoudre des problèmes du domaine diversifié de

recherche computationnelle : de grands ensembles de

données et des travaux d’analyse de données en bioin-

formatique et en astronomie, de la visualisation tridi-

mensionnelle en temps réel, des éléments finis et de la

dynamique numérique des fluides (DNF) pour

l’ingénierie et la mécanique quantique ab initio.

La biologie connaît une véritable explosion de décou-

vertes et d’outils et il y a plusieurs nouvelles applica-

tions pour le CHP. Le CNRC gère des dépôts de données

bioinformatiques pour les clients à l’interne et à l’ex-

terne, élabore des algorithmes d’analyse des données et

s’intéresse à la biologie computationnelle.

En ce qui concerne la DNF, le développement à long

terme du CNRC est axé sur la simulation de conceptions

intégrées et multidisciplinaires ainsi que sur des mo-

dèles qui reposent sur la physique pour les phénomènes

complexes de cheminement. Le CNRC doit constamment

élargir ses ressources pour répondre aux besoins des

clients alors que ces entreprises se déplacent vers des

grappes plus puissantes et abordables.

Pour la recherche sur les matériaux et la nanotechnolo-

gie, le défi est de comprendre les nouveaux matériaux

et leurs propriétés. Un des premiers succès a été un

algorithme sur l’affinité des interactions protéine-

ligand, ce qui représente d’importants progrès vers une

conception moléculaire assistée par ordinateur.

Le CNRC effectue la plupart de ses recherches sur des sys-

tèmes internes de CHP à l’échelle des ministères, bien que

certains travaux soient réalisés sur les systèmes externes

des universités. Puisque les besoins sont grandissants, il

faudra avoir accès à des systèmes de CHP à l’échelle

nationale. Le CNRC a

étendu ses recherches

pour explorer com-

ment les outils de

grille et d’intergiciels

peuvent mieux servir

les différents emplace-

ments et utilisateurs.

Simulation computationnelle de dynamique des fluides d’un

assemblage de piles à oxyde solide. (Institut de technologies

des procédés chimiques et de l’environnement, Conseil national

de recherches)

l’éducation des sciences. Les programmes de sensibili-

sation innovateurs d’IMPACT Canada permettront

une prise de conscience de la part de la prochaine

génération de chercheurs et de travailleurs sur le rôle

central que joue le calcul à la fois en ce qui touche

l’apprentissage et la recherche.

« Pour la prochaine décennie, l’intention stratégiquedu Service météorologique du Canada en matière deR. et D. est d’offrir une capacité scientifique à l’appuide la prise de décisions fondée sur le risque en ce quiconcerne les changements et la variabilité atmos-phériques et environnementaux qui ont une incidencesur la sécurité et la santé de la population canadienne,ainsi que sur l’économie et l’environnement pendantquelques heures ou quelques siècles. Des investisse-ments importants et soutenus dans les ressourceshumaines et une infrastructure informatique de hauteperformance représenteront un point tournant dansl’atteinte de notre objectif stratégique. »

Dr Michel Béland

Directeur général

Direction générale des sciences atmosphériques

et climatiques

Environnement Canada

Le nom IMPACT regroupe les éléments essentiels

d’un monde numérique hautement compétitif et

branché : innovation, management, personnes,

applications, communications et technologies.

IMPACT Canada favorisera l’innovation, permettra

aux personnes d’atteindre leur plein potentiel de

recherche, contribuera au développement d’appli-

cations informatiques qui mèneront à des percées

scientifiques, favorisera le déplacement des idées et

l’interaction par le biais de vastes stratégies de com-

munication, et il supervisera et coordonnera l’ac-

quisition et l’exploitation de technologies habili-

tantes. IMPACT aura un rôle clé à jouer dans le rap-

prochement des aspects techniques et relatifs aux

applications du CHP, et accroîtra ainsi la compétiti-

vité globale du Canada.

Recommandations obligatoires

Une évaluation des besoins scientifiques (illustrée par les

nombreuses études de cas réparties dans l’ensemble du

document) et l’état actuel du CHP au Canada et dans le

monde (consultez les chapitres 2 - 4) nous mènent à for-

muler les recommandations obligatoires suivantes :

1.1 Qu’un budget à long terme soit élaboré (a) pour

fournir un appui soutenu aux installations infor-

matiques avancées de milieu de gamme tels des

consortiums régionaux de CHP et (b) pour établir

une installation de calcul pancanadienne haut de

gamme qui figurerait parmi les 30 meilleures

installations de calcul au monde.

1.2 Qu’une initiative nationale soit établie pour

traiter de la sensibilisation, du leadership, de la

coordination et de la surveillance en matière de

CHP au Canada.

Chapitre 1

43

44

Étude de cas

Le détecteur de neutrinos de Sudbury sonde les activités

internes du Soleil pour mieux le comprendre comme source

d’énergie. Les 10 000 tubes photomultiplicateurs, qui obser-

vant la lumière produite par les interactions des neutrinos

dans l’ONS, sont maintenus en place à l’aide d’une sphère de

18 mètres qui entoure 1 000 tonnes d’eau lourde.

Comprendre la puissance du soleil :l’Observatoire de neutrinos de Sudbury

Avez-vous déjà réfléchi à la manière dont le

Soleil produit de l’énergie? Comment l’éner-

gie solaire fonctionne véritablement? Les

physiciens y ont pensé et depuis plus de 30 ans, ils s’at-

taquent à une question fondamentale de la physique

connue sous « le problème de neutrinos solaires ». Le

nombre de neutrinos observés était bien moins élevé

que ce que prévoyaient les grandes théories sur la

physique du Soleil; qu’est-ce qui n’allait donc pas?

Pour répondre à ces questions, le Canada, les États-Unis et le

Royaume-Uni ont établi l’Observatoire de neutrinos de

Sudbury (ONS), qui a la capacité unique de détecter et de

mesurer les interactions parmi toutes les saveurs de neutri-

nos. Dirigée par le Dr Art McDonald de l’Université Queen’s,

cette équipe internationale de chercheurs a mesuré les

vitesses de réaction des trois saveurs de neutrinos. En juin

2002, les physiciens des particules qui travaillaient à l’ONS ont

annoncé une incroyable découverte – ils avaient résolu le

problème de neutrinos solaires et ils ont révélé de nouvelles

propriétés des neutrinos. L’ONS a découvert que les neutri-

nos oscillent lorsqu’ils se déplacent depuis le centre du Soleil

jusqu’à la Terre et qu’ils ont par conséquent une masse!

Bien entendu, une telle découverte nécessitait l’utilisa-

tion d’importantes ressources de CHP pour : le stock-

age de données, le retraitement des données à grande

échelle, une analyse multidimensionnelle complexe,

des calculs stochastiques avancés et des simulations de

Monte-Carlo exigeantes pour l’unité centrale.

Afin de continuer sur cette voie d’importantes décou-

vertes mondiales, nous devons soutenir une infrastruc-

ture de CHP. Les progrès techniques réalisés à l’ONS dans

l’établissement de milieux très profonds ont ouvert la

voie à de nouvelles mesures stimulantes en astro-

physique des particules et ont mené à la création d’un

nouveau laboratoire souterrain international (SNOLAB)

financé par la Fondation canadienne pour l’innovation

(FCI). Les scientifiques de SNOLAB se pencheront sur

trois importantes possibilités de recherche :

• Utiliser les neutrinos pour sonder les activités

internes de notre Soleil et ainsi déterminer la

nature de notre principale source d’énergie.

• Comprendre la matière noire, qui se manifeste

dans les champs gravitationnels de l’univers mais

vraisemblablement sous une forme de matière

non identifiée jusqu’à présent.

• Étudier les caractéristiques de base des neutrinos

par le biais d’un mode de désintégration nucléaire

très rare connu sous le nom de double désintégra-

tion bêta.

« Le calcul de haute performance est nécessaire à l’appui de la

collaboration du Canada dans la recherche mondiale pour une

compréhenson des propriétés fondamentales de l’espace, du

temps et de la matière. Des installations computationnelles

avancées sont nécessaires pour que le Canada continue d’être

au premier plan de l’astrophysique des particules. »

Alain Bellerive

Chaire de recherche du Canada en physique des particules

Université Carleton

« Simuler la croissance de la structure cosmique, des amas d’étoile et des gaz au sein des galaxies aux superamas qui contiennent des dizaines de milliers de gala-xies et davantage, est un défi computationnelimmense (en fait, on l’a appelé l’un des"grands défis computationnels” avec la modélisation environnementale et lerepliement des protéines par exemple) et leleadership continu du Canada dans ce domainerepose sur l’accès à des ressources computa-tionnelles à grande échelle appropriées. »

Dr Hugh Couchman

Professeur de physique et d’astronomie

Université McMaster

Des amas galactiques massifs contiennent plusieurs centaines

de galaxies, dont nombreuses sont plus grandes que notre

Galaxie. Le panneau inférieur droit illustre une simulation

d’un amas galactique. Les panneaux restants sont un zoom

arrière selon des facteurs de deux pour illustrer le milieu cos-

mique de l’amas. Le panneau supérieur gauche représente

500 000 000 années-lumière en diagonale. [REF 18]

45

Étude de cas

Comprendre notre univers

L’astrophysique cherche à répondre aux ques-

tions les plus fondamentales de l’existence :

Quelle est la nature de notre univers, qu’est-

ce qui le constitue, comment cela s’est produit et

quel est son avenir? C’est un domaine qui étude à la

fois l’infiniment grand (le cosmique) et l’infiniment

petit (le quantum). Les découvertes importantes des

quelques dernières années nous ont permis d’en-

trevoir l’incroyable complexité du processus et de la

structure qui constitue notre univers.

Ces dernières années, l’astrophysique a connu une

transition, passant d’un domaine où il y avait

une relative pénurie de données à un domaine où il

y a maintenant un large éventail de données. Cette

hausse considérable découle de réalisations rapides

dans les technologies de détection, des missions

satellitaires fournissant des images haute résolution

du système solaire aux télescopes surveillant des mil-

lions de galaxies, des détecteurs de neutrinos enfouis

profondément dans le substratum du nord de

l’Ontario ou sous la glace de l’Antarctique qui étu-

dient les signatures fantomatiques de ces particules,

et des immenses interféromètres qui balaient le tissu

spatio-temporel à la recherche de rides qui pour-

raient révéler l’existence d’ondes de gravité.

Nous devons relever le défi de construire, gérer et

exploiter scientifiquement ces énormes bases de don-

nées (des dizaines de milliers de téraoctets de

données), et de créer des modèles théoriques sur

lesquels se fonder pour réaliser des prévisions qui

mettront à l’essai, amélioreront ou rejetteront les

modèles décrivant les populations cosmiques et l’uni-

vers. En raison de la complexité physique de ces sys-

tèmes, une modélisation numérique détaillée est cru-

ciale. Les simulations, qui produisent des quantités

considérables de données, sont complètement tribu-

taires d’un calcul de haute performance sophistiqué.

Les compétences de pointe acquises par les astro-

physiciens numériques canadiens, à la fois au sein de

notre solide communauté de recherche au pays et à

l’étranger, ont permis d’avoir un personnel souple

capable d’apports importants dans un certain nom-

bre de domaines, notamment en télédétection, en

modélisation environnementale, en étiologie,

en conception des médicaments, en signalisation et

autres systèmes intracellulaires, en imagerie médi-

cale, de même que dans les domaines financiers et

bancaires. Dans la plupart de ces cas, la valeur

apportée par les astrophysiciens est leur capacité à

entreprendre des calculs à grande échelle et de

repousser les limites computationnelles lorsqu’ils

relèvent des défis contemporains importants.

La vitesse des changements en matière de calcul est

maintenant si rapide que les calculs avant-gardistes

deviennent vite routiniers. Pour rester compétitifs, les

Canadiens doivent investir dans des ordinateurs de

pointe, des experts de calcul hautement qualifiés

capables de mener une recherche innovatrice et d’agir

à titre de mentor dans des domaines très diversifiés.

46

Chapitre 2 : Technologie et communications

Introduction

I l y a moins de 30 ans, le calcul de haute perfor-

mance (CHP) était utilisé par des personnes qui

interagissaient avec un ordinateur central par le

biais d’un terminal de texte simple directement

branché – très semblable à une connexion commu-

tée lente – ou même à l’aide d’assemblages de

cartes perforées.

De nos jours, résoudre des problèmes à l’aide du cal-

cul de haute performance plonge les utilisateurs

dans un environnement réseauté riche en technolo-

gies puissantes et interconnectées. Les entrées de

CHP peuvent être des données financières stockées

dans de multiples dépôts de données répartis sur

l’ensemble des continents. Elles peuvent provenir

directement d’expériences en physique des parti-

cules, d’observatoires astronomiques ou encore de

systèmes d’imagerie médicale. Elles peuvent être

entièrement virtuelles, comme un modèle de pro-

téines créé dans l’ordinateur ou un modèle de trous

noirs de collision qui obéissent aux calculs d’Einstein.

Ces données ou modèles sont traités ou ils évoluent

sur des systèmes informatiques puissants qui peuvent

se composer de plusieurs centaines ou milliers de

processeurs dans un système unique, ou faire partie

d’une grande variété d’ordinateurs qui fournissent

l’énergie nécessaire à la résolution du problème sans

que l’utilisateur sache où le travail a été accompli.

Les sorties de ces puissants systèmes peuvent, dans

de nombreux cas, seulement entre comprises ou

représentées en ayant recours à des techniques

sophistiquées capables de traiter des ensembles de

données d’une taille inimaginable. Par exemple, les

techniques de visualisation permettent aux utilisa-

teurs d’observer le site actif d’enzymes en trois

dimensions à l’aide de lunettes stéréo. Des disposi-

tifs « haptiques » spéciaux dans des environne-

ments de réalité virtuelle leur permettent de se

déplacer à l’intérieur, de manipuler et même de

toucher les images 3D.

Ces environnements permettent aux chercheurs de

comprendre des processus complexes rapidement

et ainsi préciser leurs modèles et contrôler leurs cal-

culs en temps réel. De tels systèmes peuvent égale-

ment permettre aux médecins d’examiner la struc-

Chapitre 2

47

ture des organes des patients en 3D, aux forestiers

et géologues de visualiser les paysages comme s’ils

y étaient, aux ingénieurs d’observer et d’améliorer

leurs conceptions avant de procéder à leur fabrica-

tion et aux acheteurs de propriétés de choisir le

design de leur maison avant la construction.

Dans le contexte de la recherche, les utilisateurs de

différents continents peuvent collaborer de façon

interactive, discuter et modifier les mêmes calculs

répartis à l’aide d’un réseau de postes de travail (cer-

tains sans fil). Ces technologies de collaboration

offrent une infrastructure sous-jacente qui supporte

une manière complètement différente et beaucoup

plus rapide de faire la recherche – une manière qui

rehausse notre compréhension du monde qui nous

entoure et nous permet d’atteindre et de soutenir

un leadership international en matière de recherche.

Les prochaines sections donnent un aperçu des

technologies modernes de CHP, de leurs capacités

et des défis que représente leur utilisation efficace.

Ce chapitre inclut des informations un peu plus

techniques que le reste du rapport. Le corps du

chapitre se compose de l’exposé principal, tandis

que les encadrés donnent de l’information aux

lecteurs intéressés par un examen technique plus

approfondi. (Les encadrés marqués d’un ◆ contien-

nent les renseignements les plus techniques.)

La technologie

L’éventail de matériel utilisé pour la recherche com-

putationnelle est impressionnant : de simples PC sur

les bureaux des chercheurs à des systèmes

prodigieux comptant des milliers de processeurs

branchés, des dispositifs de stockage massif et la

visualisation avancée. La technologie informatique

est un outil habilitant pour la plupart des recher-

ches et les chercheurs peuvent choisir le genre qui

leur convient le mieux (et qui est le plus rentable)

pour leurs projets. On réalise actuellement une

recherche innovatrice et compétitive à l’échelle

internationale sur un large éventail de systèmes.

L’évolution spectaculaire de la technologie du cal-

cul de haute performance permet aux chercheurs

de s’attaquer à des problèmes computationnels de

plus en plus sophistiqués. La conséquence de la loi

de Moore (qui indique que la vitesse de l’ordinateur

double tous les 18 mois) est de rapidement réduire

les temps de calcul pour des problèmes de

recherche particuliers, tout en simultanément met-

tant de l’avant des problèmes plus complexes à

résoudre. Un changement tout aussi spectaculaire

depuis le début des années 1990 est l’utilisation

grandissante du traitement parallèle. Cette techno-

logie offre une stratégie puissante conforme à

l’adage « diviser pour régner » afin de réduire le

temps de calcul de nombreux problèmes. Il s’agit

aussi parfois du seul moyen de s’attaquer à d’im-

portants problèmes computationnels. En ce qui

concerne les applications de recherche individuel-

les, la meilleure technologie à utiliser repose sur

une variété de facteurs.

Applications et architectures informatiques : le bon outil pour faire le travail

Décrire les ordinateurs de haute performance néces-

siterait un graphique aux axes multiples : il faudrait

représenter la vitesse du processeur, le nombre de

processeurs, la quantité de mémoire, les différentes

caractéristiques du matériel qui raccorde la mémoire

et le processeur, ainsi que les différentes caractéris-

tiques du matériel raccordant les processeurs indi-

viduels. La recherche computationnelle recoupe cet

éventail de caractéristiques informatiques avec les

besoins spécifiques d’une application de recherche en

particulier. De la même manière qu’une paille est

utile pour boire une boisson gazeuse mais inutile

pour vider une piscine, un PC est idéal pour le calcul

des dépenses d’un ménage mais inutile pour prévoir

la météo de demain. Dans cette section, nous présen-

tons un simple modèle visant à comprendre le cou-

plage des ordinateurs avec les applications.

Pour une grande partie des applications, peut-être la

majorité, une contrainte technique de taille constitue

la capacité de transmettre l’information à un débit à

l’intérieur, ou entre, des processeurs contemporains

haute vitesse. À vrai dire, il y a une hiérarchie de « con-

duits de données » au-dessus desquels la transmission

Chapitre 2

48

49

Chapitre 2

◆ Calcul de « faisabilité » versus calcul de « capacité »

Les processeurs modernes que l’on retrouve dans un PC de 1 500 $ sont à bien des égards

à la fine pointe de la performance. Il s’agit d’un changement radical par rapport à la situ-

ation à la fin des années 1990, lorsque le processeur d’avant-garde était habituellement

disponible seulement sur des systèmes qui coûtaient dix fois plus cher. De nos jours, seuls des

processeurs vectoriels présentent toujours une performance avant-gardiste et même, les

instructions vectorielles qui se trouvent dans de nombreuses puces utilitaires conçues pour

supporter les jeux vidéo offrent souvent une performance compétitive.

La remarquable performance des processeurs modernes, alliée au débit auquel l’informa-

tion se déplace sur les réseaux, a entraîné une simplification spectaculaire de la caractéri-

sation des systèmes informatiques. Pour de nombreuses applications exploitées sur des

ordinateurs parallèles à processeurs multiples, l’élément clé qui distingue la performance

sont les propriétés du réseau qui connecte les processeurs. Un réseau haute performance

(largeur de bande élevée et temps d’attente faible) est nécessaire pour supporter les

applications parallèles « à grain fin »; à savoir les applications qui effectuent uniquement

des quantités modestes de calculs avant qu’un processeur doive communiquer avec les

autres processeurs, peut-être pour obtenir plus de données. Il s’agit du calcul de faisabi-

lité. Un exemple d’une application à grain fin qui nécessite un ordinateur à couplage

étroit, ou de faisabilité, est la simulation des fluides qui circulent sur l’aile d’un aéronef.

Dans ce cas-ci, le changement dans le débit des fluides sur une partie de l’aile peut avoir

une incidence sur les parties avoisinantes de l’aile.

Réciproquement, un réseau de performance inférieure peut supporter des applications

hautement parallèles « à grain grossier »; à savoir les applications qui ont des exigences de

communications très modestes par rapport à la quantité de calculs effectués. Il s’agit du cal-

cul de capacité. À l’extrême, le parallélisme à grain grossier peut se réaliser par le biais d’un

laboratoire réseauté de postes de travail, ou même par des ordinateurs réseautés dans des

régions ou des pays. L’analyse de profils lumineux dans une étude sur des millions de ga-

laxies est un exemple de ce type de calcul. La tâche computationnelle pour chaque galaxie

est indépendante et seule la capacité globale de tous les processeurs est requise.

La caractéristique pratique et souvent dominante qui permet de distinguer un système

parallèle à grain fin de grande envergure d’un ensemble de postes de travail à 1 500 $ est

par conséquent la performance et le coût du réseau qui connecte les processeurs.

de l’information devra peut-être se faire. Le processus

peut commencer avec des données circulant sur un

réseau géographique depuis des dépôts répartis sur

Internet, puis elles peuvent se déplacer vers un disque

local et ensuite à travers différents niveaux de

mémoire locale ou de réseau à l’intérieur de l’ordina-

teur avant de se rendre finalement au processeur (ou

aux processeurs). Cette hiérarchie offre généralement

une performance très inégale, à la fois en ce qui

touche le temps d’attente (le temps que prennent les

données avant de commencer à circuler) et la largeur

de bande (le volume du flux de données). Des goulots

d’étranglement importants « privent » souvent le

processeur de données et réduit de façon spectacu-

laire l’efficacité de certaines applications.

On peut décrire des ordinateurs parallèles selon les

capacités du réseau qui connectent les processeurs, à

savoir en décrivant à quel point les processeurs ont un

« couplage étroit ». Un couplage plus étroit signifie

une performance supérieure (un temps d’attente

inférieur et une largeur de bande plus élevée) du

réseau qui connecte les processeurs, de même que

des coûts supérieurs pour le système. Les systèmes

informatiques parallèles sont fabriqués selon un

large éventail de performances réseau, variant d’ordi-

nateurs à faisabilité de couplage étroit aux ordina-

teurs à capacité de couplage lâche. (consultez l’en-

cadré à la page 49).

Les applications parallèles peuvent varier grande-

ment selon leurs besoins en matière de communica-

tions interprocesseur. Certaines applications sont

désignées à grain fin, c’est-à-dire qu’elles nécessitent

une communication importante parmi les processeurs

pour une quantité déterminée de calculs, tandis que

d’autres sont à grain grossier (hautement parallèle),

et ne requièrent que très peu de communication rela-

tivement à la quantité de calculs entrepris. Un ordina-

teur parallèle de couplage étroit idéal pourrait

exploiter n’importe quelle application, qu’elle soit à

grain fin ou grossier. Dans ce dernier cas cependant,

le réseau dispendieux qui connecte les processeurs

serait sous-utilisé : il est donc plus logique d’utiliser

des systèmes de couplage étroit pour les applications

CHP qui nécessitent cette faisabilité. Étant donné le

vaste éventail d’applications de recherche qui deman-

dent l’accès au CHP au Canada, nous devons établir le

spectre entier des faisabilités de calcul.

Anneaux de faisabilité des calculs

Nous avons choisi de représenter l’éventail de « faisa-

bilités » de calcul que nous proposons d’établir par une

série d’anneaux concentriques.1 Les anneaux les plus à

l’extérieur représentent l’énorme capacité globale des

machines de bureau ou des systèmes à couplage lâche.

Les anneaux intérieurs représentent de petites quan-

tités de machines parallèles progressivement plus per-

formantes - à savoir des systèmes pourvus d’un plus

grand nombre de processeurs étroitement connectés.

Des systèmes de milieu de gamme peuvent compter de

nos jours2 de 64 à 512 processeurs; ils se composeraient

soit de (i) processeurs connectés par une interconnex-

ion de haute performance, (ii) des systèmes « à multi-

processeurs symétriques » (SMP) dont les processeurs

partagent directement la même mémoire, ou (iii) une

combinaison des deux concepts avec des systèmes SMP

de couplage étroit à l’aide d’une interconnexion per-

formante. Les anneaux progressivement plus petits

vers le centre représentent le plus petit nombre de

machines parallèles des plus performantes qui sont de

nos jours habituellement pourvues de plusieurs cen-

taines à plusieurs milliers de processeurs. La tendance

manifeste, telle qu’illustrée dans la liste des 500 meilleurs

(consultez l’encadré à la page 51), est que ces systèmes

soient construits à partir de petits systèmes SMP connec-

Chapitre 2

50

tés à l’aide d’une interconnexion de haute performance.

Cette approche pour le développement de systèmes

s’avère à bien des égards la plus simple et la plus rentable

pour de très grands nombres de processeurs.

Les propriétés d’application du CHP dictent où se trou-

vera la ressource computationnelle appropriée dans le

diagramme d’anneaux. Des applications hautement

parallèles à grain grossier avec une faible demande de

communication seront exploitées sur des systèmes des

anneaux extérieurs. En principe, ces systèmes pour-

raient être les ordinateurs de bureau comme on en

trouve dans un laboratoire de postes de travail réaffec-

tés aux recherches la nuit ou une « exploitation » de

processeurs à couplage lâche. Des configurations de

milieu de gamme serviront aux applications uniques

qui peuvent utiliser de façon efficace 32, 64 ou

128 processeurs, ou aux applications qui nécessitent la

mémoire totale offerte par ces systèmes (souvent bien

plus que n’offrent les systèmes de bureau standard).

Les applications à grain fin les plus complexes et les

plus exigeantes en matière de calculs nécessitent la

Tendences des 500 meilleurs

Nous avons présenté la liste des 500 meilleurs au chapitre1 (voir l’encadré page 39). Les tendances historiques

présentes dans ces listes illustrent les défis à relever en vuede maintenir une infrastructure computationnelle parallèlecompétitive. Voici quelques tendances intéressantes :

• Le temps de doublement de la performance des sys-tèmes sur la liste des 500 meilleurs est presque d’unan (ce qui est plus rapide que la loi de Moore parceque le nombre de processeurs dans des systèmes pa-rallèles augmentent également).

• Il y a plus ou moins une différence constante de per-formance de 100 fois (au fil du temps) entre le 1er etle 500ème rang. Un système qui s’inscrit sur la liste au1er rang descendrait au bas de la liste plus ou moinsaprès 6 ou 7 ans (ses rangs approximatifs par annéeseraient les suivants : 1, 2, 5, 12, 30, 80, 200, 500).

• Pour rester sur la liste pendant 3 ans (la durée de vieutile approximative de nombreux systèmes actuels),un système doit s’inscrire sur la liste autour du 20ème

rang. C’est le point d’entrée standard des installa-tions nationales de nombreux pays.

• Un système qui s’inscrit sur la liste au 200ème y resteraau plus une année. Il s’agit du point d’entrée de laplupart des installations universitaires canadiennes(les triangles rouges sur la figure).

Ces tendances indiquent très clairement la nécessité decontinuer à injecter des fonds selon de brèves échellesde temps si nous souhaitons maintenir la capacité del’infrastructure informatique parallèle du Canada àl’échelle nationale ou régionale, ainsi que la sciencecompétitive qu’elle appuie.

La figure montre la progression de tous les systèmescanadiens sur la liste des 500 meilleurs depuis 1993. Unsystème qui se situe plus ou moins au 30ème rang de laliste sera dans l’anneau central de faisabilité et le restesera dans l’anneau intermédiaire de faisabilité. Le sys-

tème canadien le plus haut dans l’histoire de la liste, au6ème rang en 1993, était le Service de l’environnementatmosphérique à Dorval, Québec.

La liste des 500 meilleurs illustre aussi des tendancesintéressantes dans les types de systèmes qui se situentaux 40 premiers rangs. La grande majorité de ces sys-tèmes sont maintenant des grappes (qui se composentde nœuds à 2, 4 ou jusqu’à 32 processeurs). Bien quecela représente certains défis pour le programmeurd’applications, l’ubiquité de ce type de système est dic-tée par les difficultés pratiques et les coûts élevés de laconstruction de systèmes parallèles efficaces pourvus demilliers de processeurs. Une tendance très récente estl’apparence des véritables grappes de base : des PCabordables connectés par un réseau abordable.L’incroyable avantage de ces systèmes à l’égard desfrais, jumelé à la disponibilité d’interconnexions de plusen plus puissantes et rentables, a des répercussionsimportantes. Il n’y avait aucun de ces systèmes dans les40 premiers rangs de la liste de juin 2002, un an plustard il y en avait 11 et la liste de novembre 2004 enrépertoriait 18. Pour qu’un tel système soit utile commeordinateur de faisabilité, il faut utiliser un réseau hauteperformance spécialisé. Les coûts relatifs au réseau detels systèmes se comparent souvent aux coûts associésaux noeuds de traitement.

51

Chapitre 2

1 Une catégorisation semblable utilise le concept de « pyra-mide de faisabilité de calcul. »

2 Au moment de la mise sous presse, la liste Top500 de juin2005 était communiquée. Cela confirme la tendance évoquéedans ce rapport.

3 La liste des 500 meilleurs est devenue la norme de facto pourclasser les grands systèmes de CHP, mais l’indice de référencepour l’essai de la faisabilité des ordinateurs prête à controverse.

4 Des systèmes à double unité sont communs pour les ordina-teurs de bureaux et on constate actuellement des progrèsvers des puces d’unités centrales multiples.

Chapitre 2

52

◆ Application parallèles : cadrage fort et faible

L’approche « diviser pour régner » est probablement cequi promet le plus pour les ordinateurs parallèles

présentement, il s’agit d’une tâche répartie parmiplusieurs processeurs en vue de réduire le temps d’exécu-tion global. Si l’application consiste en un certain nombrede tâches très indépendantes, ce type d’approche peutapporter d’importantes améliorations en matière de per-formance. Lorsque le travail s’effectue sur 100 processeurset qu’il s’accomplit en 1/100ème du temps que celaprendrait sur un seul processeur, l’application a accompliun « cadrage » parfait; si le travail s’effectue seulement en1/70ème du temps, il a atteint un cadrage de 70 %. Detemps en temps, la chance est au rendez-vous et l’applica-tion atteint un cadre super linéaire, accomplissant le tra-vail peut-être en 1/120ème du temps!

De nombreuses applications comptent des sections qui nepeuvent être réparties efficacement parmi un nombreimportant de processeurs et à un certain point, utiliserplus de processeurs ne permettra pas d’accélérer l’applica-tion; cela peut même ralentir les calculs. Le cadrageaccompli en exécutant un problème de taille fixe sur unnombre croissant de processeurs est connu sous le nom decadrage fort. La réussite du cadrage fort repose en grandepartie sur l’application et l’ordinateur; toutefois, une sim-ple règle est que si l’application est bien conditionnée,qu’elle s’incorpore à la mémoire principale et qu’elle estexploitée sur un système à processeur unique dans untemps convenable, elle peut se cadrer raisonnablement à8 ou 16 processeurs et peut toujours accélérer à 32 oumême 64 processeurs. Il y a bien sûr de nombreuses appli-cations hautement parallèles qui présenteront un cadragebien supérieur mais à un certain point, répartir un pro-blème donné en parties de plus en plus petites mèneinévitablement à des processeurs qui n’ont pas assez dedonnées chacun pour être exploités efficacement. Quelleest alors l’utilité de systèmes qui comptent plusieurs cen-taines ou milliers de processeurs? Une « exploitation » deprocesseurs à couplage lâche peut traiter plusieurs mil-liers, centaines de milliers ou millions de tâches d’analyseindépendantes telles que celles qu’on rencontre lorsqu’on

analyse des événements à partir de détecteurs de parti-cules dans la physique de haute énergie. L’avantageprincipal de tels systèmes en comparaison avec une sérierépartie de systèmes plus petits est la simplicité de leurgestion et utilisation. En revanche, des systèmes à cou-plage étroit comptant des centaines ou des milliers deprocesseurs, bien qu’ils ne peuvent exécuter un problèmeparticulier rapidement, permettent des progrès extraordi-naires pour des applications clés en faisant appel aucadrage faible. Le concept derrière le cadrage faible estque si un problème de taille fixe ne peut continuer à ca-drer au-delà de 32 processeurs par exemple, alors lacapacité de traitement supplémentaire de plusieurs cen-taines de processeurs peut servir à exploiter une versionplus importante — ou de plus haute résolution — dumême problème dans les mêmes temps. Cela représentetoutefois davantage qu’une façon d’occuper lesprocesseurs en attente : c’est le catalyseur d’une révolu-tion dans la modélisation des systèmes physiques.

Le modèle du climat mondial dans l’illustration est un bonexemple du concept de cadrage faible. Si l’applicationmodélise l’atmosphère à l’aide d’une grille de cellules de500 km carré et est exploitée sur un seul processeur en unmois, alors la même application qui utilise 100 fois lemême nombre de cellules avec des côtés de 50 km devrait,si elle est bien cadrée dans le sens faible, être exploitée sur100 processeurs en un mois. Exécuter une application avecdes cellules de 10 km de côtés nécessiterait 2 500processeurs à accomplir en un mois. Bien entendu, mêmele cadrage faible n’est pas parfait pour les applicationsréelles mais la capacité de même tenter des calculs d’unetelle envergure signifie que nous pouvons élaborer desmodèles d’une plus haute résolution qui sont plus préciset ont une plus grande efficacité prédictive dans un largeéventail de domaines, des sciences environnementales età l’ingénierie à la biologie moléculaire et à l’astro-physique. Les caractéristiques communes de ces applica-tions sont un couplage fort entre les différentes partiesd’un problème et la nécessité d’énormes quantités demémoire — des centaines ou des milliers de fois plus quesur un PC de pointe. Ces calculs à grain fin qui représententde grands défis ne peuvent être tentés que sur des systèmesà couplage étroit vers le centre des anneaux de faisabilité.

Lower Mainland, British Columbia

plus grande faisabilité de CHP : les systèmes les plus

imposants au couplage le plus étroit offerts. Ce sont

les ressources que représentent les anneaux du centre.

Un élément de taille qui ne fait pas partie de notre illus-

tration est la rapide évolution qui a cours, à la fois en ce

qui touche la faisabilité des systèmes parallèles et la

sophistication des utilisateurs. Les systèmes énumérés

sur la liste des 500 meilleurs occupent la gamme de faisa-

bilité intermédiaire à centrale du diagramme.3 Plutôt

que de compter le nombre de processeurs, qui change

rapidement selon chaque anneau, il est plus utile de

classifier un système qui fait partie des

30 meilleurs comme étant dans l’anneau central et le

reste comme étant de milieu de gamme (consultez l’en-

cadré à la page 53). Dans la liste de novembre 2004, le

système classé au 30ème rang est pourvu de

1 312 processeurs et offre une performance de

5,6 téraflops (Tflops); le système classé au 500ème rang est

pourvu de 416 processeurs et il présente une perfor-

mance de 850 gigaflops (Gflops). Chaque année, la per-

formance de ces systèmes double en moyenne (les

chiffres correspondants de la période antérieure de la

liste de novembre 2003 pour le 30ème rang étaient de

1024 processeurs et 2,2 Tflops, et pour le 500ème rang, ils

étaient de 128 processeurs et 400 Gflops). Cette progres-

sion entraîne un nouvel ensemble de systèmes centraux,

la migration vers l’extérieur des systèmes centraux vers

le milieu de gamme et la migration des systèmes de

milieu de gamme vers les machines de bureau.4 De nos

jours, un superordinateur fait en réalité partie des sys-

tèmes de milieu de gamme après deux ou trois ans.

Les utilisateurs de CHP présentent une tendance

opposée. Alors que la sophistication des utilisateurs

s’accroît, un plus grand nombre des utilisateurs

développera et utilisera des applications qui tirent

profit de systèmes parallèles plus performants. Au fil

du temps, nous prévoyons par conséquent qu’un plus

grand nombre d’applications de recherche se

dirigeront davantage vers les anneaux centraux avec

l’évolution de l’expertise. En outre, la mise en pra-

tique du CHP par des disciplines non traditionnelles

telles les sciences sociales et humaines est en pleine

croissance. Ces deux tendances – la sophistication

accrue des utilisateurs actuels et le nombre grandis-

sant des utilisateurs – exercent une très grande pres-

sion sur notre infrastructure de CHP. Des mesures

énergiques pour appuyer une infrastructure moderne

sont nécessaires pour satisfaire aux besoins du milieu

de la recherche.

Cette illustration des anneaux de faisabilité, quoique

grandement idéalisée, montre tout de même qu’un

éventail de systèmes doit être offert pour satisfaire les

utilisateurs de CHP. Une des forces particulières du

paysage de CHP canadien est que l’éventail de faisa-

bilité est bien représenté à la fois dans les couches

extérieures et le milieu de gamme, et que ces

couches sont bien supportées par un personnel quali-

fié. L’anneau central n’est pas représenté actuelle-

ment au Canada. Les anneaux extérieurs, intermé-

diaires et intérieurs de faisabilité du CHP seront plus

détaillés dans les prochaines sections.

Des installations de milieu de gamme au Canada

Depuis 1999, la FCI a fait d’importants investisse-

ments dans l’infrastructure de CHP dans l’ensem-

ble du Canada. Le modèle de financement utilisé par la

FCI et la reconnaissance que le CHP de milieu de

gamme appuie une communauté de recherche variée

ont eu comme conséquence une croissance du nombre

de consortiums régionaux et de centres de ressources.

53

Chapitre 2

Les couches extérieures : le calcul de capacité

Des recherches computationnelles de pointe ont cours à

tous les niveaux de faisabilité et sur tous les types de

matériel informatique, y compris les systèmes de bureau

et les petites grappes qui existent dans des groupes de

recherche uniques. La distinction de ce qui était et ce qui

n’était pas du CHP sur ces systèmes n’était pas considérée

comme étant une manière efficace de déterminer si les

anneaux extérieurs devraient être examinés dans le

présent rapport. Dans le cadre de ce plan, nous avons

choisi de ne pas tenir compte des systèmes qui peuvent

être raisonnablement obtenus par un individu ou un petit

groupe de recherche. Notre définition du CHP repose

donc sur les coûts et la coordination. Des installations de

milieu de gamme nécessitent la coordination parmi dif-

férents chercheurs, peut-être à l’échelle régionale (par ex.

les présents consortiums) et exigent des sommes qui ne

sont souvent pas accessibles même aux institutions indi-

viduelles. L’anneau central requiert une coordination

nationale et un engagement financier important à

l’échelle nationale.

Bien entendu, les anneaux extérieurs revêtent une

importance cruciale pour une grande variété de

recherche computationnelle, tout en procurant d’im-

portantes connexions aux anneaux intérieurs. Les

anneaux extérieurs représentent aussi le regroupe-

ment de nombreux systèmes à couplage lâche, notam-

ment les systèmes de laboratoire auxquels on peut

accéder hors des heures de travail, des complexes

séquentiels spécialisés et même des grilles informa-

tiques étendues. Ils apportent tous des contributions

précieuses à la recherche axée sur le calcul.

Les anneaux intermédiaires : Le calcul de milieu de gamme

La capacité du calcul de milieu de gamme est à bien des

points de vue la fondation du CHP. Ici, les premières

incursions de nombreux chercheurs dans le calcul paral-

lèle à grande échelle sont favorisées et facilitées grâce

à la disponibilité de matériel et d’expertise appropriés.

Le CHP de milieu de gamme appuie un large éventail

de recherches d’avant-garde – tels que la chimie

computationnelle, l’analyse des fonctions cérébrales, la

modélisation de la pollution, la dynamique numérique

des fluides et les mathématiques financières – qui sont

essentielles au bien-être de la société et de l’économie.

De plus, les connaissances acquises à ce niveau intermé-

diaire nous permettent de développer l’expertise et la

vision nécessaires pour bien résoudre les problèmes de

CHP à l’aide de l’anneau central et pour former la

communauté à utiliser cette capacité haut de gamme.

L’investissement du Canada dans des installations de

milieu de gamme, principalement par le biais de la

FCI, a permis une recherche computationnelle dans

la plupart des instituts de recherche importants du

Canada (près de deux mille personnes du corps pro-

fessoral, des étudiants diplômés et d’associés de

recherche). Le modèle de coopération géographique

qui s’est développé au fil des quatre dernières années

s’est avéré être une façon très rentable et efficace de

stimuler l’expertise dans le calcul de haute perfor-

mance. La réussite dans le développement d’un CHP

largement accessible s’est traduite, à bien des égards,

par une visibilité pour le calcul canadien de milieu de

gamme semblable à celle dont jouissent les réseaux

canadiens. En conséquence, l’avenir de ces deux com-

posantes essentielles de la révolution de l’informa-

tion est étroitement aligné, et le défi dans les deux

cas est toujours de maintenir l’infrastructure malgré

les progrès technologiques rapides.

Une conséquence indispensable de l’émergence du cal-

cul de milieu de gamme a été la création d’un milieu

très coopératif, rassemblant des chercheurs provenant

d’instituts de recherche de par le pays. Cela s’est traduit

par un chassé-croisé d’installations de CHP et d’ana-

lystes techniques, ce qui a entraîné la création d’un

réseau de soutien efficace et essentiel. De nouveaux

consortiums régionaux de CHP capitalisent sur les

forces et les besoins locaux. Tous ses consortiums visent

à soutenir des milieux de recherche féconds qui sont

de plus en plus tributaires du CHP sur tous les aspects.

Ces efforts ont eu comme conséquence l’organisation

de trente universités canadiennes en huit centres de

ressources et consortiums de CHP d’importance, qui

chacun optimise la valeur de la coopération régionale

(consultez l’encadré à la page 53).

Ces consortiums ont des répercussions importantes sur

de nombreuses disciplines, favorisant la recherche

innovatrice et la croissance de nouveaux milieux de

Chapitre 2

54

recherche. Ces installations de CHP permettent aux

universités d’offrir de nouveaux programmes en

médecine, en arts, en génie et en sciences computa-

tionnels qui sont souvent inter et multidisciplinaires.

Parmi ces programmes se trouvent la santé et

la télérobotique computationnelles, la biologie et la

conception de médicaments computationnelles,

la nanotechnologie computationnelle, la dynamique

numérique des fluides, les prévisions computation-

nelles de la météo et de l’environnement, la modélisa-

tion computationnelle des gisements de pétrole et de

gaz, ainsi que le rétablissement après sinistre. Les

installations de milieu de gamme partagées servent

d’aimants au sein de leurs collectivités, attirant de

jeunes universitaires et étudiants brillants dans les uni-

versités participantes et créant un milieu favorable au

développement professionnel qui est indispensable

pour la capacité continue du Canada en matière de

recherche. En outre, la réussite à ce niveau est une

condition préalable à l’utilisation et la mise en œuvre

efficace d’une faisabilité de calcul haute de gamme.

Les anneaux centraux : Le calcul à l’échelle téra

Au centre de la vision de faisabilité se situent ce qu’on

appelle les systèmes « à l’échelle téra ». Ces systèmes sont

(présentement) à couplage étroit et pourvus d’un millier

ou plus de processeurs et de stockage associé. De plus, ils

peuvent soutenir une performance téraflops (Tflops) sur

des applications à utilisateur unique. La définition la plus

utile (présentée précédemment) d’un système à l’échelle

téra qui reconnaît l’augmentation inexorable de la per-

formance des ordinateurs inscrits sur la liste des

500 meilleurs, est un système qui se classe parmi les 30 pre-

miers de la liste. De tels systèmes se trouvent actuellement

dans les centres de recherche nationaux de nombreux

pays, mais pas encore au Canada.

Les systèmes à échelle téra se concentrent sur des pro-

blèmes qui ne peuvent pas être abordés autrement.

Souvent, ces problèmes de « grands défis » exigent des

quantités substantielles de temps dédié sur des systèmes

pourvus de nombreuses unités centrales et d’une

mémoire globale très élevée, en plus du soutien de pro-

grammation d’un spécialiste. Ces installations, plutôt que

d’offrir un accès général, sont axées sur des projets essen-

tiels évalués par des pairs et présentant une qualité et une

importance scientifiques exceptionnelles. À bien des

égards, les installations à échelle téra sont apparen-

tées à d’autres instruments scientifiques importants

tels les accélérateurs de particules et les observa-

toires astronomiques.

La modélisation et la simulation informatiques de sys-

tèmes physiques ont permis l’établissement d’une

« troisième voie » entre la théorie et les expériences

traditionnelles : dans de nombreux cas, le calcul est la

seule façon crédible d’aborder des questions scien-

tifiques clés et d’établir le lien théorique entre la com-

préhension théorique et les phénomènes observés.

Cependant, l’éventail d’échelles présentes dans de

nombreux systèmes naturels est considérablement

supérieur qu’il est possible de modeler sur tout ordina-

teur actuel. À titre d’exemple, on prévoit que selon

l’augmentation annuelle actuelle de la vitesse des cal-

culs, la modélisation détaillée du débit d’air de

l’ensemble d’un aéronef sera possible seulement en

2020. Ce futur système de calcul nécessitera une per-

formance 30 000 fois supérieure à celle de l’ordinateur

actuellement le plus rapide au monde! Les différences

entre la réalité et nos modèles approximatifs incitent

de nombreux chercheurs computationnels à utiliser les

plus gros ordinateurs disponibles, s’efforçant à modé-

liser la nature plus intimement et précisément.

L’encadré à la page 52 examine plus en détails ce

mode d’opération des systèmes à échelle téra.

La plupart des disciplines qui doivent accéder à des sys-

tèmes à échelle téra comptent aussi des utilisateurs

assidus des systèmes de milieu de gamme. À vrai dire, on

perfectionne souvent ses compétences sur des systèmes

de milieu de gamme et on effectue les travaux prépara-

toires pour les calculs de grande envergure à l’échelle

téra sur des systèmes de milieu de gamme. Toutefois, au

sein de chacune de ces disciplines se trouvent des pro-

blèmes de grands défis de choix pour lesquels la com-

préhension et les progrès scientifiques sont fondamen-

talement assujettis à l’existence de systèmes à l’échelle

téra. Nous abordons des exemples spécifiques de tels

problèmes essentiels dans l’encadré à la page 60, notam-

Chapitre 2

55

5 À disons 1 $ par heure CPU, une simulation de grande envergurede 200 000 heures coûterait 200 000 $. Une année sur un systèmede 1024 processeurs représente près de 9 000 000 heures CPU.

ment la modélisation de la turbulence et de la combus-

tion, des systèmes climatiques océaniques et atmos-

phériques couplés, les supernovae d’astrophysique et la

formation des structures, le repliement des protéines, les

systèmes de transmission des signaux extracellulaires et

intracellulaires ainsi que la structure électronique des

matériaux. Ne pas avoir accès à des capacités de calcul à

l’échelle téra a des conséquences importantes sur la com-

pétitivité internationale des disciplines qui ont besoin de

systèmes surpassant ceux du milieu de gamme. Cela a des

conséquences sur la capacité du Canada à attirer et garder

les scientifiques, professionnels et étudiants qui travaillent

dans ces domaines. Bien qu’il soit certainement possible

aux chercheurs d’utiliser des ressources computationnelles

étrangères de grande échelle, elles sont extrêmement dis-

pendieuses5 et cette pratique restreint inévitablement la

croissance de l’expertise canadienne. Elle limite également

la vigueur et la vivacité des différents milieux de recherche

et dégrade de façon importante la qualité de la formation

en CHP au sein de ces disciplines. Plusieurs des techniques

acquises en utilisant des systèmes actuels à l’échelle téra

entraînent des connaissances et des compétences d’une

pertinence directe en ce qui concerne l’avenir compétitif

du CHP de milieu de gamme.

La décision fondamentale à prendre consiste à déter-

miner si le Canada souhaite réaliser et soutenir une

recherche compétitive sur le plan international dans

des domaines clés qui nécessitent des calculs à l’échelle

téra. Un objectif crédible pour le Canada est de main-

tenir un système dont la performance se situe parmi les

20 ou 30 meilleurs afin d’appuyer des applications à

Chapitre 2

Météorologie

Les scientifiques météorologues canadiens qui

doivent réaliser des simulations de très haute résolu-

tion de systèmes de précipitations violentes font appel

à des ressources informatiques de haute performance à

l’étranger. Pour effectuer une simulation complète de

l’ouragan Earl (1998), qui s’est transformé en un sys-

tème de fortes précipitations qui a frappé les provinces

Maritimes, une équipe canadienne a utilisé l’ordinateur

le plus rapide au monde : le Simulateur de la Terre (ST)

au Japon. Ce système, qui a occupé le premier rang sur

la liste des 500 meilleurs pendant deux ans se situe

maintenant au troisième rang.

L’équipe se composait des Dr Brunet et Desgagné

(Service météorologique du Canada—SMC), des pro-

fesseurs Yau et Gyakum (Université McGill) et du

Dr Ohfuchi (Centre du ST). Le modèle canadien MC2 a

atteint 10 Tflops sur un domaine de 11 000 x 8 640 km

avec 50 niveaux verticaux qui couvrent l’Amérique du

Nord et l’Atlantique nord. Cette performance remar-

quable a été réalisée à l’aide d’environ 4 000

processeurs vectoriels sur 500 nœuds. C’est 25 fois plus

que ce que peut accomplir actuellement la nouvelle

grappe MSC IBM qui occupe présentement le 74ème rang

sur la liste des 500 meilleurs.

L’image illustre l’humidité spécifique simulée (à une

altitude de 325 m) le 1er septembre 1998, pour un sous-

domaine de 1000 x 1000 km au-dessus du golfe du

Mexique. Elle montre 1 % de la surface total

du domaine de calcul! Les pixels suivent le modèle de

résolution horizontale de 1 km. La simulation montre

de petites perturbations météorologiques réalistes qui

évoluent autour de l’ouragan.

56

l’échelle téra compétitives. Il est essentiel d’atteindre

cet objectif pour obtenir du succès dans nos recherches

actuelles et futures.

L’importance fondamentale de maintenir une infrastruc-

ture de CHP complète qui s’étend des anneaux de faisa-

bilité intermédiaires et centraux motive une recomman-

dation centrale de notre rapport, que voici :

2.1 Outre le financement continu dans l’infra-

structure informatique pour la recherche

fondamentale (bureau, poste de travail et

petit système) de la part des conseils subven-

tionnaires, nous recommandons fortement

que l’infrastructure informatique pour la

recherche au Canada inclut un modèle qui

soutient les installations informatiques

régionales de milieu de gamme et une instal-

lation haut de gamme de rang mondial. D’ici

2012, cela nécessitera les fonds suivants (en

ordre de priorité et comprenant pour chaque

cas les immobilisations, l’infrastructure

humaine et les coûts opérationnels) :

a. 76 millions $/année en financement soutenu

et en soutien continu pour les installations

informatique de milieu de gamme. Ce soutien

(i) fera fond sur l’actuel modèle de consortiums

régionaux de CHP (où les universités d’une

région collaborent pour fournir des ressources

multifonctionnelles partagées de CHP, de

même que l’infrastructure humaine pour

Données, données, données……

Partout il y a des données et le volume va s’accroître

tandis que nous nous fions de plus en plus sur les

documents électroniques plutôt que papier. Ces données

requièrent une administration et plusieurs doivent être

organisées. On peut obtenir des données de recherches

scientifiques à partir d’expériences comprenant d’im-

menses quantités d’informations provenant d’un site, tel

l’Observatoire de neutrinos de Sudbury (ONS); les don-

nées peuvent aussi provenir de différents endroits,

comme celles recueillies par un large éventail de capteurs

associés au projet NEPTUNE dans le nord-est du Pacifique.

De prodigieuses quantités de données sont aussi pro-

duites à partir de simulations de phénomènes physiques

et chimiques complexes. Des données provenant d’orga-

nismes subventionnés par l’État sont essentielles à de

nombreux domaines de recherche. Toutes ces données

doivent être tamisées en vue de choisir celles qui méritent

d’être retenues, et on doit les sécuriser.

À titre d’exemple, examinons l’ONS reconnu interna-

tionalement : ses 9 600 tubes photomultiplicateurs

recueillent des données continuellement et produisent

environ un téraoctet de données brutes par année. Ces

données sont uniques et par conséquent elles doivent

être préservées pour les futures générations de scien-

tifiques pour être retraitées lorsque de nouvelles

théories verront le jour. Le laboratoire de l’ONS est

établi pour élargir la portée des expériences afin de

répondre à des questions sur des sujets tels que la

« matière noire. » Ces données supplémentaires

exerceront une plus grande pression pour obtenir des

installations de stockage de données.

La confiance accordée au CHP pour produire ou traiter

des données brutes augmentera. On évalue que, grâce à

la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI), il y

a environ 100 téraoctets de stockage sur disque dur

installés dans des établissements d’enseignement

supérieur, et de nombreuses fois ce chiffre dans la sauve-

garde sur bande. Les chercheurs continuent de se débat-

tre pour gérer les demandes continues pour l’archivage

et l’administration des données.

« Comme pays qui a beaucoup investi dans lescommunications haute vitesse, le calcul dehaute performance et qui évolue vers un gou-vernement électronique, le commerce électro-nique et le tout-électronique, la fragilité desdonnées produites suggèrent que si nous neplaçons pas ces données dans des archives etque nous ne les organisons pas, nous pourrionsnous retrouver avec une génération d’effortsscientifiques perdus. »

Dr David Strong

Président

Consultation nationale

sur l’accès aux données de la recherche scientifique

57

Chapitre 2

Visualisation : Pour donner un sens aux donnéesDans de nombreux domaines, la capacité de visualiserdes données de plus en plus complexes générées pardes systèmes de calcul de haute performance est unaspect crucial de la mise en lumière de la significationscientifique des données.

exploiter le système ainsi que former et

soutenir les chercheurs), (ii) permettra d’appu-

yer des installations computationnelles

internes spécialisées pour les cas exceptionnels

où il est impossible ou inefficace d’utiliser une

installation multifonctionnelle partagée, et (iii)

fera la promotion de la collaboration et créera

des synergies qui vont au-delà du calcul.

b. 19 millions $/année pour établir et soutenir

une installation informatique haut de

gamme multifonctionnelle pancanadienne

et pour financer le personnel de soutien

approprié. Nous prévoyons une seule de ces

installations au Canada.

Données et visualisation : Interpréter les données

De grands systèmes parallèles capables d’effectuer

des calculs à 100 Gflops ou plusieurs Tflops, peuvent

traiter ou produire un nombre prodigieux de don-

nées. Un système standard qui se situe dans les

30 premiers de la liste des 500 meilleurs peuvent

avoir un téraoctet (To) de mémoire principale ou

davantage; si on utilisait cet ordinateur pour exé-

cuter un grand modèle climatique par exemple, il

pourrait produire 40 To de données durant une sim-

ulation. C’est plus de 1 000 fois le nombre de don-

nées qu’un ordinateur de bureau pourvu d’un

lecteur de disque dur de 40 Go pourrait stocker!

Plusieurs domaines de CHP sont maintenant dom-

Chapitre 2

58

CANARIE Inc

CANARIE Inc. est l’organisation de réseautique de

pointe du Canada. Elle a été fondée par le gouverne-

ment du Canada en 1993 pour mettre sur pied et exploiter

le réseau de recherche et d’éducation du pays, actuelle-

ment le CA*net 4, et pour faciliter le développement

d’applications et de technologies avancées de réseautique.

CA*net 4 incorpore une conception innovatrice qui per-

met aux chercheurs de se brancher à de très hautes

vitesses à des sites de CHP répartis de même qu’à des

capteurs à distance, des installations expérimentales et à

des dépôts de données. Puisque de telles applications de

recherche occasionnent des demandes considérables sur

le réseau, il faut allouer des portions de largeur de

bande à celles-ci, autrement elles nuiront à toutes les

autres transmissions. Créer une manière automatisée

pour permettre aux chercheurs d’établir et de gérer de

tels parcours spécialisés sur l’ensemble du réseau

représente l’un des objectifs clés de CA*net 4. Cela se

réalise grâce à un logiciel semblable à ceux utilisés pour

fournir l’accès aux systèmes répartis de CHP. La similitude

dans l’approche des deux applications mène au concept

d’une architecture et d’une infrastructure intégrées

pour un large éventail d’applications connexions, qu’on

appelle soit une infrastructure « intelligente » ou

encore, une « cyberinfrastructure ».

À l’intérieur du Canada, le CA*net 4 se compose actuelle-

ment de trois longueurs d’onde de 10 Gbps et de treize

points de présence, dont au moins un dans chaque

province ainsi qu’au Yukon et dans les Territoires du Nord-

Ouest. Il s’agit des points où sont effectuées les intercon-

nexions à l’aide des réseaux optiques de pointe régionaux

(ROPR). Chaque ROPR est chargé de l’interconnexion des

établissements et autres sites de recherche et d’enseigne-

ment au sein de sa province ou de son territoire respectif.

À l’échelle internationale, le CA*net 4 s’interconnecte

avec tous les réseaux de recherche de pointe au monde.

Grâce à l’innovation de sa largeur de bande spécialisée,

CANARIE fait figure de chef de file dans le développe-

ment des réseaux de recherche sur le plan international :

des réseaux de recherche de par le monde mettent à l’es-

sai le logiciel d’automatisation pour l’éventuel établisse-

ment d’une norme mondiale. CA*net 4 offre également

des services de transit dans l’ensemble de l’Amérique du

Nord pour les pairs et est en train de devenir un hub

international pour les réseaux de recherche.

inés par les données, une tendance qui ne fera que

s’accroître au fil du temps. Ces données doivent être

stockées et doivent en plus souvent être accessibles

aux chercheurs de par le monde.

De la taille grandissante des ensembles de données

découle le défi de les interpréter. Dans de nom-

breux domaines, la capacité de visualiser les don-

nées est un élément essentiel pour retirer la valeur

scientifique globale du calcul. Le calcul parallèle a

encore amené un défi de taille : la capacité de pro-

duire des données a surpassé de loin notre capacité

à les visualiser et interpréter facilement, parti-

culièrement en ce qui touche la visualisation inter-

active. Cette situation commence à changer grâce à

l’émergence de moteurs de visualisation parallèle

rentables qui peuvent traiter ces très grands ensem-

bles de données. Obtenir le plein potentiel scien-

tifique de ces ensembles de données requiert des

programmeurs graphiques, des experts d’explo-

ration de données, des spécialistes de l’apprentis-

sage machine et même des visualistes.

Les réseaux et la grille

Pour la plupart des utilisateurs du CHP, les réseaux ont

toujours fourni les services nécessaires pour accéder à

des systèmes de CHP à distance et pour transférer des

données depuis ou vers ces systèmes. La vision

actuelle est que les réseaux à large bande permet-

tront une « grille informatique » en soutenant et

intégrant un riche éventail de services et en

hébergeant différentes ressources réparties. Cette

grille supporte – dans un environnement sécurisé – de

nombreuses tâches associées à l’utilisation du CHP,

notamment l’entrée des travaux, la gestion des don-

nées et la visualisation des résultats. Comme pour les

réseaux électriques qui fournissent une alimentation

simplement en branchant la prise dans le mur, les

grilles informatiques offrent des ressources utilitaires

de CHP simplement en ouvrant une session. Bien qu’il

soit difficile d’intégrer toutes les utilisations de CHP

dans la grille, il est évident qu’un large éventail de

services de CHP peut être disponible à des utilisateurs

de lieux différents, simplifiant ainsi de beaucoup l’uti-

lisation et augmentant la productivité. Le Canada

occupe une place de choix pour atteindre cet objectif

et pour renforcer son leadership en matière de tech-

nologie des réseaux et son réseau national d’avant-

garde déjà établi par CANARIE (consultez l’encadré à

la page 58). Ce réseau national, ainsi que les consor-

tiums comme éléments régionaux naturels de la grille

nationale, offre un cadre de travail idéal au sein

duquel nous pouvons mettre ces possibilités à profit.

La poursuite de cet objectif par le Canada se

traduira par des avantages compétitifs évidents.

Néanmoins, le succès d’une infrastructure réseau

intégrée de CHP sera profondément assujetti au

maintien de nos réseaux à large bande de premier

plan. Cette exigence fondamentale motive la

recommandation suivante :

2.2 Nous recommandons un soutien continu

envers CANARIE Inc., les réseaux optiques de

pointe régionaux et les initiatives cana-

diennes de grille informatique, et que ces

réseaux soient maintenus et améliorés grâce

à de nouveaux investissements en CHP.

Les technologies de grille sont largement utilisées

dans des domaines tels que les finances, la

recherche de défense, la médecine, la prise de déci-

sions et la conception collaborative. Une grille per-

met aux gens d’organisations et de lieux divers de

collaborer à la résolution de problèmes précis. Les

États-Unis et l’Europe accélèrent le financement de

projets qui élaborent et utilisent les architectures

de grille et on prévoit que ces paradigmes joueront

un rôle central dans les futures recherches et infra-

structures de haute performance. L’élaboration de

plateformes de calcul canadiennes en vue de per-

mettre la collaboration parmi différentes organisa-

tions et des membres de communautés de pratique

répartis se traduira par (i) une plus grande capacité

du Canada à élaborer des solutions uniques à des

problèmes complexes, (ii) la capacité des chercheurs

à capitaliser sur notre expertise actuelle et les infra-

structures réseau existantes, et (iii) la maximisation

des avantages, à la fois sociaux et économiques, qui

découleront de recherches innovatrices et avancées

qui auront été appuyées.

Chapitre 2

59

5 Tflop (2004) 20 Tflop (2006) 80 Tflop (2008)

Combustion Modélisation des Flammes réalistes : à turbulence flammes produites en simulations de combustion

laboratoire environnementale et industrielle; intégrité des structures

Modélisation Résolution atmos- Comprend la chimie Couplage complet de du climat phérique à 100 km; de l’atmosphère et le l’atmosphère (50 km)

résolution océanique cycle du carbone et de l’océan (15 km); à 50 km; résolution résolution sur sur plusieurs siècles plusieurs décennies

Astrophysique Structure cosmique Formation de galaxies en volumes cosmiques; précise à large simulation de supernovae; analyse complète échelle du rayonnement cosmique fossile à micro-ondes

Repliement Le repliement de 50 Le repliement des des protéines acides aminés selon protéines selon des

des intervalles de intervalles de micro-secondes milli-secondes

Biologie structurale Simulation de systèmes Simulation de complexessous-cellulaires bio-moléculaires au niveau atomique entiers pour des

micro-secondes

Nanoscience : Calculs des principes de base de la structure Structure électronique électronique d’un système à 10 000 atomes (interactiondes matériaux d’une petite grappe de nano-particules)

Modélisation économique à l’échellenationale

Réalité virtuelleimmersivemulti-utilisateur

[REF 19]

Chapitre 2

60

Les grands défis computationnels

Un élément commun de nombreux problèmes relatifs

au calcul à l’échelle téra est la très grande variété

d’échelles présentes au sein des problèmes – un éventail

d’échelles qui est généralement bien plus important qu’il

est possible de traiter sur les plus gros systèmes actuels. Le

tableau suivant identifie un certain nombre de défis com-

putationnels et la faisabilité dans le maintien des Tflops

soutenus pour une seule application que l’on prévoit sera

nécessaire pour trouver une solution. Dans de nombreux

domaines, l’avantage concurrentiel est établi selon la

capacité de modéliser des systèmes à une résolution et une

précision plus élevées ainsi que plus détaillés. La capacité

des chercheurs canadiens à faire concurrence à leurs pairs

sur le plan international dans la résolution de ces pro-

blèmes importants nécessite l’accès à une infrastructure

soutenue qui offre des capacités de calcul de pointe.

Un système à couplage étroit qui se situe au 10ème rang de la

liste des 500 meilleurs peut réaliser près de 5 Tflops soutenus

sur une application à grain fin hautement optimisée de nos

jours (une évaluation un peu plus conservative que les

10 Tflops du système qui occupe le dixième rang sur la liste

actuelle tel que mesuré par le ban d’essai Linpak). Selon les

présents taux de doublement de la performance annuelle

des systèmes de la liste des 500 meilleurs, nous atteindrons

les deux futurs jalons de performance à 20 et 80 Tflops dans

2 et 4 ans respectivement. Calcul Pflop (1000 Tflops) :en 2009 sur les systèmesles plus puissants, en2012 pour le 10ème rang

61

Chapitre 2

Projets de grille

Un certain nombre d’applications hautement pa-

rallèles se prêtent au calcul distribué. L’exemple

le mieux connu est probablement le logiciel

SETI@Home, dans lequel les cycles de réserve des

bureaux en attente étaient utilisés par le biais d’un

économiseur d’écran pour chercher des signaux

extra-terrestres intelligents en données radio. Un

autre exemple est climateprediction.net, sur lequel

des milliers de modèles climatiques sur des PC privés

seront coordonnés pour réaliser la plus importante

expérience de prévisions climatiques au monde.

Le Canada possède ses propres capacités de grille, le

superordinateur scientifique canadien interréseau

(SSCI), qui est exploité dans nos installations puis-

santes de milieu de gamme. Le SSCI est utilisé pour

des applications computationnelles de chimie, accu-

mulant l’équivalent de plusieurs années de temps de

calcul au cours d’une seule fin de semaine.

En Europe et aux États-Unis, des centaines de millions

de dollars sont investis dans le calcul distribué. Le

« TeraGrid » aux États-Unis réunis neuf des principaux

sites de supercalcul, présentant une capacité globale

de calcul de 20 Tflops, près de 1 PB de stockage, des

capacités de visualisation et les logiciels capables de

permettre le calcul distribué. Tous les composants

sont reliés par un réseau spécialisé à 40 Gb/s.

◆ Calcul distribué

Le calcul distribué est un domaine extrêmement vivant

de la recherche informatique en ce moment. La plu-

part des recherches portent sur le développement de pro-

tocoles sécurisés pour accéder aux ressources et aux don-

nées, sur des politiques de répartition des ressources et sur

les logiciels servant à les gérer. D’un point de vue très

général, il s’agit de permettre aux « organisations

virtuelles » de rassembler des groupes de personnes et des

ressources variées pour résoudre des problèmes communs.

Du point de vue des utilisateurs du CHP, il faut atteindre

trois importants objectifs en matière de grille :

Le calcul distribué. Faciliter la transmission transparente

de travaux de calcul vers les ressources appropriées et

disponibles est un aspect clé du calcul distribué. Cette

capacité est déjà offerte, quoique de façon limitée. Les

logiciels existants peuvent identifier les ressources appro-

priées et transmettre les travaux dans le cadre de poli-

tiques de répartition prédéfinies qui tiennent compte des

contraintes telles que la propriété des ressources et les

besoins relatifs aux travaux. Un deuxième aspect est la

possibilité d’exécuter des calculs uniques parmi des

grappes réparties géographiquement. Cependant, il existe

des limites fondamentales associées aux temps d’attente

lors de la transmission de données sur de grandes dis-

tances. (Le temps d’attente entre deux centres à 150 km

de distance, pour permettre à une demande de sortir et

aux données de revenir, est de 1 milliseconde ou 1 million

de cycles d’horloge sur un processeur à 1 GHz.) Seuls cer-

tains algorithmes à grain grossier soigneusement conçus

éviteront de priver les processeurs de données dans de

telles conditions. En ce sens, la grille représente un gigan-

tesque ordinateur de capacité qui couvre les anneaux

extérieurs du diagramme de faisabilité.

Le partage des données. Cela comprend la transmission et

l’accès automatiques des données parmi des sites de stock-

age répartis ainsi que la préparation automatique des don-

nées pour le traitement par différentes ressources informa-

tiques. Les technologies de partage de données sont déjà

utilisées par la communauté de physique des particules

pour traiter les données des accélérateurs et par la commu-

nauté des astronomes pour créer des observatoires virtuels

qui réunissent des ensembles de données répartis.

La collaboration à distance. Un attrait central des réseaux

à large bande est la capacité de réduire les distances géo-

graphiques entre les chercheurs. La capacité de réunir les

chercheurs à l’aide de liaisons de grande qualité audio et

vidéo et d’incorporer l’interaction en temps réel par le

biais de cartes électroniques intelligentes dans un environ-

nement multipoint représentera un tournant important

pour favoriser la recherche canadienne, la formation de

nouveaux chercheurs et la mise sur pied d’un bassin essen-

tiel à partir d’un milieu de recherche réparti.

62

Étude de cas

Des superordinateurs aux superstimulateurs : Garder le cap del’industrie aérospatiale au Canada

L’industrie aérospatiale est l’une des plus com-pétitives et elle subit une pression mondialeconstante pour produire des aéronefs, des

réacteurs, des simulateurs avioniques et de vol. Ledéfi de l’industrie est de concevoir le produit tech-nique le plus efficace et le plus sûr et ce, dans lestemps, selon le budget et en se conformant à des exi-gences réglementaires. Pour ce faire, la simulation,l’analyse et la conception à grande échelle sont uti-lisées pour améliorer le rendement, accroître la qua-lité et diminuer les coûts de production. Le meilleurexemple pour illustrer cette situation est la nouvellemenace inattendue en provenance de Chine, qui faitson entrée sur le marché des jets régionaux avec leARJ21 qui présente un prix dérisoire et une technolo-gie très moderne. Les nouvelles installations derecherche et de conception du AVIC1 à Shanghai,Xi’an et Beijing sont impressionnantes, comme lesuperordinateur qui est mis à leur disposition àShanghai. Cela montre que même dans uneéconomie qui repose sur une main-d’oeuvre bonmarché, la sagesse impose l’emploi de CHP de pointepour simuler autant de processus possible commeseul moyen d’atteindre la qualité et le temps d’accèsau marché requis dans l’industrie aérospatiale.

L’industrie aérospatiale canadienne, qui se situe auquatrième rang dans le monde, doit suivre lacadence de l’accélération rapide des nouveauxdéveloppements et élargir ses ressources computa-tionnelles pour maintenir sa position. Une simulationqui prenait 365 jours complets à réaliser il y a vingt

ans peut maintenant se faire en seulement 10 secon-des grâce au CHP. Ce facteur d’accélération de 2 mil-lions s’accompagne également d’une baisse sub-stantielle des prix qui n’a pas été suivie encore,même de loin, par une baisse des coûts de main-d’oeuvre et de matériaux, ce qui fait de la simulationle moyen à long terme principal d’économiser tempset argent. Cette accélération phénoménale a changéle paradigme de la conception virtuelle : plutôt qued’évaluer plusieurs prototypes virtuels à l’aide de lasimulation, qui s’apparente à l’exécution d’un tunnelaérodynamique numérique, des sociétés importantesprévoient maintenant directement, par le biais d’uneconception optimale multidisciplinaire, la formed’une aile, d’un compresseur ou d’une aube de tur-bine, qui donne la meilleure performance en ce quitouche au carburant, à la résistance, la fiabilité, lepoids, le bruit, les conditions givrantes, etc., simul-tanément. Dans le cas des simulateurs de vol, alorsqu’il a été long avant de bâtir des bases de donnéesde formation plus complète pour la dynamiquenumérique des fluides (DNF), la tendance actuelle està la hausse, avec des plans ambitieux d’utiliser la DNFen temps réel. Les répercussions du CHP s’illustrentnon seulement par l’utilisation réduite des cellulesd’essai expérimentales et des tunnels aérodynamiques,mais également par la diminution importante du per-sonnel des services d’ingénierie en raison de nouvellesméthodes de conception multidisciplinaire.

Si on demandait aux principaux fabricants canadiens

d’aéronefs quel avantage majeur ils aimeraient avoir

sur leurs concurrents, une partie de la réponse consis-

terait en une mise en oeuvre de la simulation et de

la conception de CHP plus rapide et complète.

Bombardier fait figure de chef

de file en présentant le nou-

veau jet d’affaires Global 5000 :

il établit une nouvelle norme

pour les voyages par jet d’af-

faires transcontinentaux, vo-

lant à 4816 milles nautiques

(8920 km) sans arrêt avec 8 pas-

sagers à bord à Mach 0,85 (562 mph ou 904 km/h). Conçu spé-

cifiquement pour effectuer des vols transcontinentaux à Mach

0,89 (590 mph ou 950 km/h), le Bombardier Global 5000 établit

la norme de vitesse et de portée pour sa catégorie. La concep-

tion de cet aéronef aurait été impossible sans les installations

de simulation de CHP de Bombardier. [REF 10]

« De nos jours, arriver second dans le créneau del’aérospatiale ne permettra pas à une société cana-dienne de survivre. Un aéronef ou un réacteur quiest un tant soit peu plus dispendieux, lourd,bruyant, qui consomme un peu plus de carburant,qui est davantage sujet aux révisions ou aux acci-dents, ou dont la durée de vie est plus courte,entraîneront l’effondrement d’une entreprise etpeut-être même celui de l’industrie de l’aérospa-tiale au Canada. Ainsi, il ne suffit plus que nos pro-duits soient “bons”, ils se doivent d’être “opti-maux”, c’est-à-dire les meilleurs. Seule la simula-tion peut nous permettre d’y arriver. Nous devonscontinuellement investir dans la puissance compu-tationnelle afin de soutenir et d’assurer la crois-sance de l’industrie aérospatiale au Canada! »

Fred Habashi

Chaire de recherche industrielle CRSNG -

J. Armand Bombardier

de recherche pluridisciplinaire en dynamique

informatisée des fluides

Université McGill

63

Étude de cas

Au cœur du sujet : Modeler l’arythmie chez les humains

Les maladies cardiovasculaires reculent depuis

quelques années mais elles représentent tou-

jours la principale cause de mortalité en

Amérique du Nord. La fibrillation auriculaire touche

environ 10 pour cent des personnes âgées de plus de

70 ans et peut entraîner des complications consti-

tuant un danger de mort, telles qu’un accident

cérébral vasculaire ou une insuffisance cardiaque. En

raison de la population canadienne vieillissante, ce

pourcentage augmentera dans les prochaines années

à moins qu’on trouve de meilleurs moyens de sur-

veiller et traiter la fibrillation auriculaire.

Le cœur se compose de quatre cavités – deux oreil-

lettes et deux ventricules – et est contrôlé par un

réseau très sophistiqué de parcours électriques. Il

fonctionne comme une pompe, les cavités réagissant

aux signaux électriques et nécessitant une synchroni-

sation étroite. L’oreillette droite reçoit le sang qui

arrive des veines; le ventricule droit transmet ce sang

aux poumons. Le sang revient des poumons par

l’oreillette gauche et est pompé vers les artères. Une

bonne coordination de ces activités est essentielle

pour que le cœur fonctionne bien. Néanmoins, il arrive

parfois que l’activité électrique soit désynchronisée,

créant des arythmies dont les causes peuvent varier.

L’arythmie la plus fréquente et la plus difficile à

traiter est la fibrillation auriculaire (FA), qui perturbe

complètement le rythme auriculaire. Nous en con-

naissons beaucoup sur les différents types d’arythmie

cardiaque et sur leur origine en ce qui concerne le

cœur. La fibrillation auriculaire occasionne un batte-

ment irrégulier dans les cavités supérieures du cœur,

ce qui nuit à la circulation du sang.

Les mécanismes cellulaires et moléculaires qui

interviennent rendent les chercheurs perplexes, ce

qui rend difficile la conception de traitements origi-

naux. Pour en apprendre davantage sur les méca-

nismes qui causent cet état, les chercheurs ont

élaboré des modèles informatiques de l’activité élec-

trique dans les cavités supérieures du cœur et ont

réalisé des simulations pour voir si des médicaments

nouveaux ou existants pourraient fonctionner.

Ces simulations permettent aux chercheurs de vérifier

les rôles des différents aspects de la géométrie du

cœur en tenant compte de la physiopathologie de la

fibrillation auriculaire. Il aurait fallu de nombreuses

semaines pour effectuer les simulations sur des ordi-

nateurs personnels mais grâce à la puissance du calcul

de haute performance, les essais ont été accomplis en

quelques heures et les chercheurs ont pu réaliser des

centaines de simulations. Les connaissances acquises

par le biais de ces études accroissent la capacité de

traiter la fibrillation auriculaire et mènent au

développement de nouveaux médicaments ou à des

procédures chirurgicales et à des « procédures d’abla-

tion » visant à modifier la géométrie fonctionnelle et

à supprimer l’arythmie.

« Ces modèles virtuels nécessitent des calculs à trèsgrande échelle. La modélisation actuelle comprend720 000 cellules, avec l’activité de chaque celluledéterminée par 24 équations qui doivent êtrerésolues de 80 à 200 fois par seconde, selon lesconditions. Nous travaillons avec des modèles trèscomplexes et les rendons encore plus complexes àchaque étape pour illustrer toujours mieux le cœur.À l’aide de 12 processeurs, cela prend maintenantquatre jours pour modéliser une activité cardiaquede 20 secondes. Le calcul de haute performance estun impératif absolu et l’utilisation d’ordinateursencore plus puissants sera certainement appréciée.

Dr Stanley Nattel

Chaire Paul-David et professeur de médecine

Université de Montréal et Institut

de cardiologie de Montréal

Gauche: Un instantané représentant une courte période d’ac-

tivité (1/1000 seconde) durant la fibrillation auriculaire dans

une oreillette simulée contenant 720 000 cellules modelées en

vue de représenter exactement l’activité électrique cardiaque

exacte. Les zones rouges illustrent le devant de l’onde élec-

trique et le jaune, le vert et le bleu pâle représentent progres-

sivement des tissus moins activés; le bleu fondé indique les tis-

sus au repos. Les flèches blanches indiquent les directions de la

propagation d’ondes électriques auriculaires apparemment

aléatoires. Droite: Une analyse quantitative de l’organisation

qui supporte l’activité apparemment totalement aléatoire. Les

zones vertes indiquent des sources d’activation de longue

durée, qui maintiennent l’activité ailleurs dans le système.

64

Étude de cas

La prévision des élémentsmétéorologiques : En pleine croissance au Canada

Les prévisions météorologiques sont la principaleraison qu’invoquent les gens pour écouter ouregarder les nouvelles. Des prévisions

météorologiques exactes ont une incidence sur lesdécisions que nous prenons tous les jours, et biendavantage. Le Canada fait figure de chef de file enmatière de prévisions météorologiques, de modélisa-tion et de prévision environnementales. Étant donnénotre climat, il n’est peut-être pas surprenant que larecherche météorologique au Canada constitue untel modèle de réussite dans le monde. Les prévisionsmétéorologiques et environnementales au Canadas’inscrivent dans un programme coopératif interna-tional qui surveille, étudie et prévoit les changementsdans l’atmosphère mondiale (la météo, le climat et lachimie atmosphérique), l’hydrosphère (les rivières, leslacs, les océans) et la cryosphère (la neige et la glace).

Au centre de tous ces domaines se trouve le calcul dehaute performance. Les prévisions météorologiquesnumériques furent l’une des plus importantes moti-vations derrières les premières applications informa-tiques il y a cinquante ans et elles représentent tou-jours un utilisateur de taille du CHP. La puissance com-putationnelle est nécessaire pour améliorer l’exacti-tude des modèles météorologiques et climatiques enaugmentant la résolution spatio-temporelle, lareprésentation des processus physiques de modèles eten quantifiant mieux les incertitudes relatives à lamodélisation et aux prévisions. Nos prévisions sur cinqjours sont maintenant aussi exactes qu’une prévision

d’une journée il y a 40 ans. Chaque hausse de l’ordrede grandeur dans la puissance de calcul rehaussecette précision d’une autre journée, ce qui se traduitpar des répercussions considérables sur l’économiedes villes qui déblaient la neige ou pour les cultiva-teurs de pêches qui emballent les fruits.

L’objectif toutefois n’est pas seulement d’obtenir unemétéo prévisible pour la gestion des risques et pourintervenir en cas d’urgence, ou encore pour décidercomment se vêtir, il s’agit d’une approche systéma-tique globale pour prévoir les altérations continuesde l’environnement. Les futurs changements clima-tiques causés par les activités humaines représententun enjeu de taille sur le plan social et politique. Lamodélisation du climat mondial est essentielle à lafois pour des politiques publiques et pour des straté-gies commerciales visant à lutter contre le réchauffe-ment du globe, la fonte de la glace polaire et les ten-dances à long terme en matière de pollution. Lesmêmes méthodes de modélisation peuvent égale-ment servir à mieux comprendre de questions envi-ronnementales importantes telles que la pénuried’eau, la gestion des bassins hydrographiques, lesincendies de forêts, les courants océaniques et leschangements de température qui ont une incidencesur le climat et les pêches à l’échelle locale ainsi quela tendance à long terme de la couche d’ozone.

Les débats d’orientation de politique sur certaines deces questions sont intenses – exigeant des modèles etsimulations scientifiques supérieurs. La valeur de cesmodèles dépend bien entendu de leur qualité et leurprécision, et donc de l’augmentation de la perfor-mance du CHP. À ce sujet, les antécédents de cettediscipline au 20ème siècle inspirent confiance.

« Des prévisions météorologiques plus exactesproduisent des avantages économiques impor-tants – dans les domaines du transport, de l’agri-culture, du tourisme et de la gestion de l’eau.Dans le secteur public, des prévisions plus pré-cises et opportunes d’événements météorolo-giques qui ont une incidence considérable – les tempêtes hivernales, les tornades estivales, leslignes de grains, les crues soudaines, les ondesde tempête – sont essentielles à des interven-tions efficaces en cas d’urgence. »

Gilbert Brunet

Directeur de recherche

Environnement Canada

L’image illustre l’humidité spécifique simulée (à une altitude

de 325 m) le 1er septembre 1998, pour un sous-domaine de

1000 x 1000 km au-dessus du golfe du Mexique et de la

Floride. Elle montre 1 % de la surface total du domaine de

calcul! Les pixels suivent le modèle de résolution horizontale

de 1 km. La simulation montre de petites perturbations

météorologiques réalistes qui évoluent autour de l’ouragan.

Chapitre 3 : Infrastructure humaine

Depuis 1999, les investissements dans le calcul de

haute performance (CHP) en provenance de la

Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) et de

ses partenaires provinciaux et industriels ont permis

d’augmenter le nombre de chercheurs qui travaillent

sur des projets axés sur le CHP de quelques centaines

en 2000 à près de deux milles en 2004. Si on peut

maintenir cette lancée – et même l’accélérer – ces

investissements auront joué un rôle primordial dans

l’accroissement de la compétitivité du Canada sur les

plans commercial, de la recherche et du développe-

ment. Ils auront également permis la création d’une

base fondamentale de ressources humaines capables

de tirer profit des capacités du CHP à l’avantage

économique et social du Canada : une autre exigence

clé de l’économie mondiale. [REF 20, 21]

Dans l’ensemble du Canada, des équipes de

recherche de renommée internationale utilisent les

ressources de CHP pour faire des découvertes.

L’étendue des applications de recherche est renver-

sante; elle comprend pratiquement tous les

domaines des sciences, de l’ingénierie et de la

médicine et il y a une croissance des applications au

sein des sciences sociales et humaines. Le calcul de

haute performance change la manière d’aborder

certaines questions, permettant aux personnes de

résoudre des problèmes dont la portée était tout en

fait impossible il n’y a que quelques années. C’est

une période stimulante et les résultats de recherche

s’avèrent souvent fondamentaux tout en étant per-

tinents sur le plan commercial. Cela inspire une

nouvelle génération de chercheurs.

Bien que ce soit les chercheurs principaux qui assu-

ment les rôles importants dans le processus de

recherche, en ce qui concerne les applications de

CHP, il faut qu’il y ait une grande équipe de soutien

oeuvrant à l’arrière scène. Une installation de CHP

efficace représente bien plus que du matériel; l’ex-

ploitation sans heurt de l’installation nécessite

d’autres personnes hautement qualifiées (PHQ) en

vue de gérer, exploiter et maintenir l’installation. Il

est tout aussi important que ce personnel profes-

sionnel de soutien technique puisse former et aider

les chercheurs afin qu’ils utilisent au mieux cette

infrastructure dispendieuse.

Investir dans le personnel aujourd’hui et à l’avenir

est un élément fondamental de la présente proposi-

tion. À bien des égards, l’infrastructure informatique

peut s’acquérir plus facilement que l’infrastructure

humaine. À l’aide d’un financement adéquat, la mise

à niveau des biens d’équipement est directe : nous

n’avons qu’à acheter le nécessaire. Par contre, l’infra-

structure humaine est beaucoup plus difficile à

obtenir. Former des personnes pour qu’elles aient les

compétences requises peut prendre des années. Ces

personnes peuvent en outre être facilement tentées

de quitter le Canada pour de meilleures possibilités

et des salaires plus élevés. Si le Canada décide

d’investir dans le personnel et les compétences, il se

doit aussi d’investir dans la création d’un milieu qui

saura attirer et garder ces personnes.

Équipes de recherche

Au cours de la dernière décennie, on a connu un

changement prononcé quant à l’embauche de

chercheurs utilisant le calcul dans leur recherche au

sein des universités canadiennes, particulièrement

en sciences et en ingénierie. La nouvelle génération

de titulaires d’un doctorat est versée en informa-

tique, et plusieurs se concentrent sur la recherche

computationnelle. Par exemple, la bioinformatique,

la finance computationnelle, la nanotechnologie et

la photonique représentent certains des domaines

de recherche les plus recherchés de nos jours et dans

un avenir assez rapproché. Les PHQ dans ces

domaines sont rares et elles répondent au plus

offrant. Pour compliquer davantage les choses, les

instituts de recherche font face à une compétition

féroce avec l’industrie dans le recrutement de ces

professionnels. Les universités reconnaissent pour-

tant que les compétences de calcul sont essentielles

aux futures réussites en recherche et développe-

ment et qu’elles contribuent à établir les pro-

grammes de recherche axés sur le calcul indispen-

sables à la compétitivité du Canada au 21ème siècle.

À la tête de cette renaissance en matière de

recherche et de formation au Canada se trouve un

bassin de professeurs qualifiés, qu’il s’agisse de titu-

Chapitre 3

65

laires principaux de chaires de recherche du Canada

qui possèdent d’excellentes réputations interna-

tionales ou de professeurs adjoints subalternes au

potentiel de recherche considérable. Ils ont accepté

des postes dans les universités canadiennes avec con-

fiance, en partie en raison des excellents antécédents

du Canada quant aux investissements pour des infra-

structures de pointe (par le biais de la FCI et de pro-

grammes de soutien provinciaux) et pour les milieux

de recherche favorables que ces investissements pro-

curent.6 Ces professeurs sont essentiels pour la forma-

tion de la nouvelle génération de professionnels et

de chercheurs qualifiés, de même que pour la recon-

naissance de l’industrie canadienne relativement aux

applications axées sur le calcul. Ils sont manifeste-

ment importants pour la recherche de pointe axée

sur le CHP au Canada et pour le rehaussement des

capacités du Canada en matière de recherche et de

développement et de sa réputation.

La recherche computationnelle, qui est réalisée par

des étudiants diplômés et des boursiers postdocto-

raux (BPD) qui travaillent sous la supervision de leurs

professeurs, est un outil important dans la forma-

tion de personnes hautement qualifiées. Suite à

l’achèvement de leurs études, ces personnes sont

très en demande dans l’industrie, au gouvernement

et dans les universités. La création de PHQ et leur

déplacement qui s’ensuit au sein d’organisations et

de secteurs constituent la forme la plus efficace du

transfert technologique. Un nombre insuffisant de

PHQ, qui repose dans bien des cas sur des ressources

de formation inadéquates, a été identifié comme

goulot d’étranglement important dans l’élaboration

de systèmes de CHP locaux, régionaux et nationaux.

Ces personnes énergiques doivent, pour obtenir la

formation nécessaire, avoir accès à des installations

de CHP de classe internationale, obtenir de l’aide

auprès d’experts hautement qualifiés dans les tech-

niques computationnelles, et acquérir de l’expéri-

ence dans l’application de ces techniques pour des

problèmes concrets à l’appui d’activités de

recherche et de développement. L’expertise ne cons-

titue pas un avantage supplémentaire. Ces hommes

et femmes hautement qualifiés constitueront une

ressource nécessaire pour accroître la productivité

de la recherche et de la fabrication, de même que

pour accélérer la découverte et l’innovation. Les

possibilités futures du Canada reposent entre les

mains de ces experts.

Notre pays compte de nombreux chercheurs de

renommée mondiale qui se fient désormais au CHP

pour faire des découvertes innovatrices sur le plan

international. Il n’est pas rare qu’il faille dix ans ou

plus pour mettre sur pied de bonnes équipes de

recherche et que leur technologie passe des idées

aux produits commerciaux. Il faut au moins autant

de temps pour former la prochaine génération à

avoir des capacités de recherche avancée. Les étin-

celles créatives qui ont enflammé les étudiants

diplômés d’aujourd’hui grâce à l’infrastructure

financée par la FCI ne pourront atteindre leur plein

potentiel à moins qu’ils n’aient accès aux ressources

appropriées au long de leurs études et dans leur car-

rière universitaire, des secteurs public ou industriel.

Un soutien à long terme de l’infrastructure et des

ressources humaines de CHP permettra au Canada

Chapitre 3

66

6 Bien qu’il soit difficile de quantifier l’effet, il y a une forteindication que dans les domaines associés au CHP, une combi-naison d’initiatives – notamment les subventions d’infrastruc-ture du Programme des chaires de recherche du Canada etde la Fondation canadienne pour l’innovation – a réussi àralentir et dans bien des cas à renverser ce qu’on appellecommunément « l’exode des cerveaux ».

« Le monde connaît une explosion de données quidécoule de la résolution grandissante des données,des réseaux qui procurent l’accès aux données surle plan international et de la croissance exponen-tielle de la quantité de données produites. Desentreprises telles que YottaYotta développent destechnologies qui doivent s’adapter à des débitsconformes à cette croissance hyper-exponentielle.L’embauche de personnel de perfectionnementauprès de la communauté du CHP assure unfondement en matière de calcul parallèle, detransmission efficace des données et d’informa-tique autonome de gestion des données à nœudsmultiples. Établir des partenariats avec la commu-nauté du CHP permet aux entreprises commeYottaYotta de faire l’essai aujourd’hui d’unetechnologie qui sera dominante demain. »

Wayne Karpoff

Co-fondateur et directeur de la technologie

YottaYotta, Edmonton

de profiter pleinement de ses initiatives de finance-

ment passées et actuelles. Les universités jouent un

rôle important dans la recherche et la formation

computationnelles et il s’agit d’un élément essentiel

de leurs plans de recherche à long terme.

Programmes de recherche

On peut classer la recherche relative au CHP en

deux domaines :

(i) Le développement d’applications. Les projets

dans ce domaine se composent d’applications parti-

culières au domaine qui utilisent les résultats de

performance réalisables à l’aide de ressources infor-

matiques plus puissantes pour créer de nouvelles

connaissances. Ce type de recherche se distingue

généralement comme étant une recherche qui

utilise le CHP.

(ii) Le développement d’outils. Dans ce domaine, de

nouveaux outils et de nouvelles technologies sont

créés en vue de faciliter l’utilisation des ressources

de CHP. Ce type de recherche se distingue générale-

ment comme étant une recherche au sein du CHP.

Le Canada est déjà un leader reconnu dans le

développement d’applications computationnelles – la

recherche qui utilise le CHP – grâce à de solides pro-

grammes de recherche dans de nombreuses disci-

plines. Cependant, ces forces ne sont pas équilibrées

par une recherche de développement d’outils de CHP

aussi solide (des technologies essentielles telles que

des outils d’exploration de données, le méta-calcul,

des outils d’évaluation de la performance, la visualisa-

tion avancée, des systèmes d’exploitation et la paral-

lélisation automatique). Il nous faut développer et

élargir ces connaissances fondamentales pour assurer

la pleine capitalisation des investissements physiques

et humains dans l’infrastructure informatique. Nous

devons renforcer notre capacité à la fois dans la

recherche qui utilise le CHP et dans la recherche au

sein du CHP, solidifier les domaines existants et

faciliter l’émergence de nouveaux domaines si nous

souhaitons être compétitifs dans le milieu interna-

tional de la recherche.

Le mandat du plan à long terme pour le CHP cana-

dien est d’appuyer l’infrastructure de recherche et

non pas les programmes de recherche directement.

Bien que nous reconnaissions que financer des

équipes de recherche est indispensable pour tirer

pleinement profit de l’infrastructure, aucun

financement n’est proposé pour répondre à ce

besoin. Les conseils subventionnaires (le CRSNG, le

CRSH et l’IRSC) sont mieux à même de traiter cette

question par le biais de leurs systèmes d’évaluation

par les pairs bien établis et respectés. Ce qui nous

mène à la recommandation suivante :

3.1 Nous recommandons fortement que les con-

seils subventionnaires, en consultation avec

les universités, établissent des possibilités de

financement pour renforcer les programmes

Productivité scientifique

De nombreuses études ont démontré de façon

constante que les chercheurs du Canada

comptent parmi les meilleurs au monde. Une récente

étude publiée dans le journal Nature a évalué la pro-

ductivité de recherche (la production et les résultats

scientifiques) des pays du G8 (à l’exception de la

Russie) comme fonction de la quantité d’argent investi

dans la recherche (apports financiers). Pour les six

paramètres mesurés, les données ont été normalisées à

la moyenne des sept pays. L’abréviation HERD signifie

le financement de l’enseignement supérieur de re-

cherche et développement. Les données montrent que

les chercheurs canadiens arrivent au deuxième rang

quant à la productivité individuelle (citations par

chercheur et publications par chercheur). D’autres

données montrent que la productivité d’un chercheur

américain moyen ne représente que 75 % de la pro-

ductivité d’un chercheur canadien. Du point de vue fi-

nancier, le Canada fait des investissements importants

dans la recherche, plus particulièrement compte tenu

du pourcentage du PIB alloué au HERD. [REF 22]

67

Chapitre 3

de recherche à la fois dans les technologies

fondamentales de CHP et dans le développe-

ment d’applications de CHP.

Personnel de soutien

Acquérir un ordinateur – peu importe sa taille – n’est

que le commencement de l’engagement de l’utilisa-

teur envers la ressource. Les utilisateurs sont bien

conscients qu’il faut aussi entretenir les ordinateurs :

à savoir corriger des défaillances de matériel, installer

de nouvelles versions du système d’exploitation et de

logiciels, effectuer des sauvegardes de données, s’oc-

cuper de réseaux, de sécurité, etc. L’entretien des

ordinateurs et des systèmes représente beaucoup de

temps et de ressources, d’autant plus si ces systèmes

gagnent en envergure et en complexité. Il est donc

indispensable de pouvoir se fier à une variété d’em-

ployés qualifiés et de personnel de soutien pour

assurer l’exploitation efficace et optimale de toute

installation de CHP. Les compétences et l’expérience

nécessaires sont considérables, notamment (i) gérer,

exploiter et maintenir une installation, (ii) former et

aider les chercheurs pour qu’ils utilisent au mieux les

ressources et les capacités, (iii) assurer la productivité

maximale des sites de CHP en vérifiant par exemple

que le logiciel est exécuté sur la plateforme informa-

tique selon le code de réfection qui convient le mieux

pour obtenir la meilleure performance, et (iv) con-

tribuer à la création de nouvelles applications à l’ap-

pui d’initiatives de recherche innovatrices.

Chapitre 3

Programme de soutien des analystes techniques (PSAT)

Les gens du PSAT exploitent plusieurs des salles Access Grid

au Canada, permettant aux chercheurs de l’ensemble du pays

de communiquer visuellement et de « partager » les applica-

tions en temps réel.

Le PSAT fournit aux chercheurs canadiens l’aide cruciale

dont ils ont besoin pour exploiter des systèmes avancés

de calcul de haute performance, pour développer des appli-

cations de CHP, analyser et optimiser les codes, concevoir des

codes parallèles et obtenir une expertise de visualisation. Ce

programme est dirigé par C3.ca et est financé par une sub-

vention d’accès aux installations majeures du CRSNG. Le

financement offre 19 employés de soutien technique et un

gestionnaire. Le personnel de soutien est réparti dans

l’ensemble du pays dans différentes universités, assurant

une proximité physique avec la communauté des utilisa-

teurs. Le personnel du PSAT dirige le plus grand laboratoire

virtuel du Canada et l’un des plus grands dans le monde!

Le PSAT a su relever les nombreux défis de taille associés au

soutien d’une communauté d’utilisateurs grande et diversi-

fiée, répartie géographiquement sur plusieurs milliers de kilo-

mètres. Le programme a connu un succès considérable en :

• offrant un soutien de CHP limité à de nombreux

chercheurs au Canada;

• offrant un soutien technique de pointe, d’un océan à

l’autre, dans un milieu de CHP hétérogène avec diffé-

rents fournisseurs de matériel, exploitant des systèmes et

des applications de systèmes;

• organisant de nombreux ateliers de travail associés au

CHP chaque année;

• mettant en œuvre des programmes de sensibilisation

pour les milieux de recherche universitaires et industriels;

• travaillant en équipe en vue de réaliser les initiatives du

SSCI (consultez l’encadré sur le SSCI à la page 69).

Malgré son succès et ses répercussions sur le milieu de la

recherche au Canada, le PSAT est incapable de répondre

aux demandes actuelles et perd continuellement du per-

sonnel qualifié et chevronné. Cette situation découle prin-

cipalement d’un manque de financement soutenu à long

terme. Alors que les fonds sont assujettis aux applications

annuelles pour le renouvellement, tous les contrats du per-

sonnel du PSAT ne sont que de 12 mois et n’offrent aucune

sécurité d’emploi à long terme. En outre, le financement du

programme est demeuré le même depuis presque dix ans

malgré la prodigieuse croissance des activités de CHP au

Canada depuis 1999, se traduisant par une augmentation

pénible de la charge de travail de l’équipe du PSAT.

68

Administration et opérations des systèmes

L’administration et les opérations des systèmes sont

particulièrement touchées par le soin quotidien

apporté à l’infrastructure matérielle et logicielle de

CHP. Le personnel de soutien assure le bon fonction-

nement des installations de CHP, en offrant du sou-

tien pour la gestion et les opérations des systèmes.

Parmi les tâches spécifiques se trouvent l’installation

et le maintien de système(s) d’exploitation,

effectuer des mises à jour et des versions provisoires,

gérer des systèmes et des sauvegardes de fichiers,

tout en assurant l’intégrité et la sécurité des don-

nées des utilisateurs. Ces activités sont essentielles

pour garantir que le système est entièrement fonc-

tionnel et accessible à la communauté.

Programmeurs-analystes

Le rôle des programmeurs-analystes est d’offrir une

assistance technique spécialisée aux chercheurs, de

diriger des groupes de travail et de la formation

ainsi que d’évaluer et de mettre en oeuvre des

outils logiciels pour faire un usage efficace des

ressources disponibles. Le matériel de CHP est

généralement exploité à un niveau soutenu bien

inférieur au rendement maximum théorique du sys-

tème; cela est généralement dû à un manque de

parallélisme dans certaines parties d’une applica-

tion. Une équipe créative de programmeurs-ana-

lystes peut doubler ce niveau par le biais d’optimisa-

Superordinateur scientifiquecanadien interréseau (SSCI)

Les investissements effectués par la Fondation cana-

dienne pour l’innovation se sont traduits par plus de

250 millions $ d’équipement en calcul de haute perfor-

mance installé au Canada. Cet équipement est réparti

dans tout le pays sur plus de 20 sites. Cependant, cer-

tains problèmes de recherche nécessitent l’accès à des

ressources computationnelles qui surpassent celles de

n’importe quel site du Canada. Le projet du superordi-

nateur scientifique canadien interréseau (SSCI) [REF 23]

tente de pallier cette lacune en connectant ensemble

une grande partie de ces capacités de calcul en un

superordinateur géant virtuel.

L’infrastructure du SSCI est construite à l’aide de logi-

ciels élaborés dans le cadre du projet Trellis [REF 24] à

l’Université de l’Alberta. Le projet Trellis offre une sim-

ple interface qui permet d’exécuter une application sur

une série de types différents d’ordinateurs, et possible-

ment sur différents systèmes d’exploitation, à n’importe

quel site de CHP au Canada.

Jusqu’à présent, il y a eu trois séries d’expérience avec le

SSCI en biologie, chimie et physique computationnelles.

Le SSCI permet à ces applications d’accomplir l’équivalent

de plusieurs années de calcul en une seule journée, ce qui

accélère considérablement le processus de découverte. À

titre d’exemple, l’expérience du SSCI-3, qui a eu lien en

septembre 2004, comptait plus de 4 000 processeurs dans

l’ensemble du Canada, se soldant par l’équivalent de

22 ans de calculs effectués en deux jours! Le SSCI permet

au milieu de la recherche de s’attaquer à des problèmes

de recherche qui sont beaucoup trop importants pour

qu’un seul site de CHP du Canada puisse les résoudre.

Pour les humains, une poignée de main est possible entre deux

mains gauches ou droites, mais pas entre la main gauche et la

main droite. Au niveau moléculaire, il existe une différence

d’énergie entre les interactions des formes droitières ou

gauchères d’une molécule. Le SSCI-1 a analysé ce phénomène.

69

Chapitre 3

tions des codes, de reconception des algorithmes, de

l’utilisation accrue de mémoire cache et de la local-

isation améliorée des données. La valeur ajoutée de

telles activités peut être considérable et peut corres-

pondre au double de la science fournie pour le

même matériel. Ces compétences peuvent donc se

traduire par une hausse spectaculaire de la producti-

vité scientifique du milieu de la recherche. Une

récente étude du programme de soutien des ana-

lystes techniques (PSAT) de C3.ca (consultez l’en-

cadré à la page 68) cite un exemple des avantages

ainsi obtenus : « … les efforts déployés par le mem-

bre du PSAT équivalaient à l’achat de dix fois plus de

ressources informatiques. » En permettant aux

chercheurs d’exécuter leurs applications plus rapide-

ment, les analystes appuient les chercheurs et leurs

étudiants afin qu’ils tirent pleinement profit de

leurs recherches.

Dans des cas extrêmes, l’équipe de soutien peut per-

mettre d’effectuer des recherches qui n’auraient pu

être possibles sans son travail. Il est donc très impor-

tant d’apparier les chercheurs et leur science aux

installations et aux ressources humaines de CHP

appropriées au sein d’un modèle national de sou-

tien. À titre d’exemple, on trouve le très visible pro-

jet de superordinateur scientifique canadien inter-

réseau (SSCI), où les ressources informatiques de par

le pays sont réunies pour offrir un accès important à

des propositions de recherche sélectives de grande

qualité (consultez l’encadré à la page 69).

Chapitre 3

Étude de cas du PSAT

Voici deux exemples qui illustrent comment les analystes

du PSAT peuvent améliorer de façon spectaculaire la pro-

ductivité de la recherche et accroître la valeur des

investissements dans le matériel de calcul.

Exemple 1 : Le consortium de CHP de SHARCNET dans le

sud de l’Ontario possède un environnement de calcul

hétérogène pour répondre aux besoins variés de ses

différents utilisateurs. Un analyste du PSAT a contribué à

la migration des utilisateurs du système idra, le principal

système pour les applications parallèles à grande échelle,

vers le système cat, une grappe Xeon/GigE pourvu d’uni-

tés centrales plus rapides. Un utilisateur s’est plaint qu’à

sa surprise, leur logiciel s’exécutait beaucoup plus lente-

ment sur cat (pourvu de processeurs à 2,4 GHz Xeon) que

sur idra (pourvu de processeurs à 0,67 GHz Alpha). Un

analyste du PSAT a été appelé et a découvert qu’en plus

de la vitesse de l’unité centrale, il y avait une autre diffé-

rence pouvant nuire à la performance : la taille de la

mémoire cache. L’analyste a pu identifier où la taille de

la mémoire cache influençait le rendement du pro-

gramme et a réécrit le code irrégulier. Suite au travail de

l’analyste, le programme s’exécutait 10 fois plus vite!

Exemple 2 : Un physicien de l’Université du Manitoba

connaissait des problèmes sérieux quant à la perfor-

mance des applications et il a demandé l’aide du PSAT. Le

programme séquentiel du physicien prenait trop de

temps à exécuter, même pour de petits tests. Cela signi-

fiait que le chercheur ne pouvait exécuter une série de

paramètres assez importante pour obtenir des résultats

dignes d’être publiés. L’analyste du PSAT a parallélisé et

ajusté le programme. Quelques jours plus tard, le physi-

cien a envoyé le courriel suivant :

J’ai exécuté le programme pour certaines de mes don-

nées d’entrée et j’ai comparé le temps computationnel

comme suit : Avant : temps écoulé d’environ 7 jours

Maintenant : temps écoulé d’environ 9 minutes

Il s’agit d’une amélioration considérable. Je suis main-

tenant en train d’exécuter ce programme pour de

nouvelles données d’entrée et j’attends les résultats.

Merci infiniment pour votre aide.

Une performance 1 000 fois supérieure! Le chercheur a

ensuite soumis ses travaux de plus grande envergure, qui

ont été exécutés pendant six jours. Avant la collaboration

de l’analyste du PSAT, ce programme aurait pris grosso

modo 15 ans à compléter.

Ces deux exemples illustrent bien le travail important

accompli par les analystes du PSAT. Un chercheur ne peut

attendre 15 ans pour obtenir des résultats. Un consor-

tium peut obtenir davantage de ses investissements en

matériel grâce à un investissement soutenu dans un per-

sonnel qualifié qui comprend les problèmes relatifs au

matériel et aux logiciels qu’il faut résoudre pour amélio-

rer la performance des applications. La contribution du

PSAT au milieu de la recherche peut se mesurer par des

hausses substantielles de la productivité de recherche,

par une plus grande capacité de concurrence et par les

économies réalisées.

70

Programmeurs d’applications

La science de pointe exige des applications logi-

cielles de classe mondiale. Bien que la plupart du

développement d’une nouvelle fonctionnalité

scientifique s’effectue généralement dans le labora-

toire d’un chercheur, les programmeurs d’applica-

tions de CHP apportent souvent des contributions

importantes à ces travaux grâce à leur propre

expérience scientifique, numérique ou de visualisa-

tion. Les compétences supplémentaires du person-

nel de soutien, lorsqu’elles s’allient aux besoins des

chercheurs, jouent souvent un rôle crucial pour

faciliter les idées, les concepts et les conseils afin

qu’ils conviennent davantage au domaine en ques-

tion. Ce soutien offre de plus l’avantage de réduire

considérablement ce qui constitue habituellement

une période de démarrage pour les chercheurs qui

apprennent à travailler avec le CHP. Ces compé-

tences sont également transmises aux étudiants et

aux boursiers postdoctoraux, ce qui leur confère les

connaissances scientifiques et l’expérience de pro-

grammation nécessaires pour élaborer de nouvelles

méthodes et applications computationnelles dans

leurs différents domaines et éventuellement, mener

vers de nouvelles idées spectaculaires.

Personnel de gestion et de visualisation de données

L’importance de techniques polyvalentes d’analyse

et de visualisation pour les travaux de simulation

est désormais manifeste. Les activités de calcul et de

visualisation sont de plus en plus dictées par une

« lancée scientifique » plutôt que par une « poussée

technologique ».7 L’aspect le plus compliqué de la

gestion et de la visualisation de données est de

faire face aux énormes ensembles de données pro-

duits. Les simulations en climatologie, en bioinfor-

matique et en astrophysique par exemple, pro-

duisent régulièrement des ensembles de données

dont la taille équivaut à des centaines de téraoctets

ou même à des pétaoctets. Des techniques et des

ressources informatiques entièrement nouvelles

seront nécessaires pour y faire face : dans la plupart

des cas, la visualisation interactive est le seul moyen

pratique de glaner des idées dans ces ensembles de

données. De plus, l’exploitation efficace de tels vo-

lumes de données nécessitera le déploiement d’ef-

forts importants dans l’informatique répartie sur

l’ensemble des réseaux haute vitesse (calcul dis-

tribué). Pour ce faire, il faut former et garder le per-

sonnel capable de gérer les ressources de données

et d’élaborer les nouveaux outils et techniques

nécessaires pour les visualiser.

Gestion et administration

Des administrateurs et du personnel sont nécessaires

pour prendre des décisions visant à allouer des

ressources, gérer les ressources humaines, élaborer et

mettre en œuvre des programmes de formation et de

sensibilisation, traiter avec les médias, appuyer des

projets coordonnés sur le plan national comme le SSCI,

et réaliser des processus commerciaux quotidiens. Un

gestionnaire technique, tel un directeur de la tech-

nologie, serait chargé de la gestion des program-

meurs-analystes. L’équipe de gestion serait respon-

sable de prioriser les tâches, en faisant face à la grande

envergure des installations et en favorisant un esprit

d’équipe et d’objectif commun. Son mandat serait de

mettre de l’avant des personnes et des compétences

géographiquement réparties en une ressource

nationale coordonnée qui est disponible et efficace

pour les chercheurs, peu importe leur emplacement

ou discipline. L’équipe serait aussi chargée de la plani-

fication et de la mise en œuvre de la formation et du

perfectionnement professionnel des analystes en soi—

ce qui est fondamental pour attirer et garder du PHQ.

Formation des chercheurs

Le but général du soutien au CHP est d’appuyer de

façon proactive les besoins d’une grande variété

de chercheurs en les retenant durant tout leur

processus de CHP. Dans ce contexte, le personnel de

soutien doit (i) faire connaître les ressources

disponibles et le potentiel de ces ressources en vue

d’accélérer la productivité de la recherche; (ii)

fournir des directives et des cours sur l’utilisation

(sur des sujets tels que le parallélisme, les outils de

programmation et l’analyse de la performance); (iii)

Chapitre 3

71

7 La science dicte de plus en plus la vitesse du développe-ment technologique plutôt que de simplement la suivre.

Chapitre 3

72

aider les utilisateurs à bien apparier leur application

aux technologies disponibles; (iv) maintenir l’installa-

tion de CHP; et (v) élaborer de nouveaux outils ou

ajuster les outils existants (matériel et logiciels) afin

d’optimiser l’utilisation des ressources de CHP et les

applications qu’elles servent à exécuter. Ce genre de

soutien permettra aux chercheurs d’obtenir plus de

résultats dans le même temps ou les mêmes résultats

en moins de temps, permettant ainsi à d’autres d’u-

tiliser les installations grâce au temps économisé

(consultez l’encadré à la page 70).

Le personnel de soutien du CHP est essentiel pour la

formation de la nouvelle génération de scien-

tifiques et d’ingénieurs au Canada dans l’utilisation

et l’amélioration des ressources de CHP. Les interac-

tions entre le personnel de soutien du CHP et les

étudiants diplômés et boursiers postdoctoraux pro-

cureront un champ d’action fertile à la création de

la nouvelle génération de chercheurs, fournissant

une base en CHP comme partie intégrante de leur

formation dans leur disciple. De la même manière

que les chercheurs actuels utilisent des ordinateurs

personnels pour appuyer leurs travaux, la prochaine

génération de chercheurs se fondera sur les

ressources de CHP pour améliorer ses résultats de

recherche. Les chercheurs nécessiteront une forma-

tion appropriée pour ce faire. Ce qui abouti à la

recommandation suivante :

3.2 Nous recommandons fortement que les uni-

versités élaborent des possibilités de forma-

Finacement du personnel de soutien : le Canada versus le monde

Le tableau ci-dessous illustre le niveau de finance-

ment pour le personnel de soutien de cinq installa-

tions majeures de CHP. Le National Energy Research

Scientific Computing Center (NERSC, États-Unis), le

Pittsburgh Supercomputing Center (PSC, États-Unis) et

le HPCx (Grande-Bretagne) illustrent le niveau de

financement typique pour les 50 meilleures installations

au monde. Toutes trois sont des installations nationales

accessibles au milieu général de la recherche.

Environnement Canada (Dorval) offre une perspective

canadienne sur une installation de CHP de production

incluant une base d’applications ciblées. L’installation

WestGrid (Vancouver) montre le niveau de soutien ty-

pique d’une installation financée par la FCI, où les fonds

d’exploitation sont rares. En comparaison avec des

installations de CHP de pointe comparables dans le

monde, les installations canadiennes connaissent une

importante pénurie de personnel de soutien.

Le changement important au centre se situe entre juin

2004 et novembre 2004, illustrant à quel point le monde

du CHP est compétitif et en évolution rapide.

L’installation de recherche de CHP WestGrid du Canada

est restreinte dans sa capacité à suivre cette tendance

avec son petit nombre d’employés de soutien. Le per-

sonnel travaille généralement de façon réactive, répon-

dant aux besoins au jour le jour. Cela représente une

occasion manquée : un investissement dans une infra-

structure de CHP de plusieurs millions nécessite un

investissement important dans le personnel de soutien

pour obtenir le plein potentiel des avantages de

recherche. Pour récolter un rendement maximal de l’ini-

tiative dans un environnement de calcul qui évolue rapi-

dement, le personnel de soutien doit être assez nom-

breux pour travailler de façon proactive. Pour ce faire, il

faut s’assurer de la participation du milieu de la

recherche pour les aider à exécuter les applications effi-

cacement dès que du nouveau matériel de calcul est

rendu disponible. Ce principe fondamental est reconnu

par toutes les organisations énumérées dans le tableau.

Catégorie NERSC PSC HPCx Environnement WestGrid*(É.-U.) (É.-U.) (R.-U.) Canada (Canada)

Classées parmi les 500 meilleures (juin 2004) 14 25 18 54 38Classées parmi les 500 meilleures (novembre 2004) 21 34 27 74 54Disponibilité (heures/jours) 24/7 24/7 24/7 24/7 10/5

Employés chargés des opérations 9 6 4 12 2Soutien aux systèmes 11 10 2 7 1Réseaux et sécurité 6 3 1 5 0Soutien aux utilisateurs 15 11 13 15 0Total des employés 41 30 20 39 3

* Données pour le site de l’Université de la Colombie-Britannique.

Chapitre 3

73

tion de base et avancées pour accroître les

compétences du milieu de la recherche et du

développement en matière de CHP.

La mise en application de cette recommandation se

traduira par une plus grande polyvalence des étu-

diants et chercheurs au Canada et par conséquent,

par une compétitivité accrue de nos universités et

industries à l’échelle internationale.

Financement pour le personnel de soutien du CHP

Le financement actuel pour le personnel de soutien

de CHP est très bas au Canada. Dans les deux pre-

mières séries d’appel d’offres, la FCI n’a alloué

aucun fonds pour l’exploitation des installations de

CHP qu’elle avait approuvées. Dans les deux séries

suivantes (2002 et 2004), un montant équivalant à

environ 30 % du capital alloué par la FCI a été

rendu disponible pour contribuer à l’exploitation

des installations. La plupart des provinces présen-

tent des programmes qui verseront des sommes

égales à celles allouées par la FCI mais peu ont des

programmes qui octroient des fonds d’exploitation.

La plupart des nouvelles installations de CHP ont dû

jongler avec un budget restreint. Il est malheureux

que le Canada investisse par exemple 10 millions $

en matériel de calcul pour avoir ensuite de la diffi-

culté à allouer 100 000 $ pour exploiter ses installa-

tions. Les liens entre le capital et les fonds d’ex-

ploitation doivent être plus étroits et réalistes.

En revanche, les installations majeures de CHP de

par le monde ont choisi d’investir de façon impor-

tante dans le personnel de soutien du CHP (consul-

tez l’encadré à la page 72). Leurs investissements

dans les ressources humaines se situent habituelle-

ment entre 20 % et 50 % des dépenses en capital.

Les membres du personnel sont généralement tous

situés au même endroit et travaillent sur un petit

nombre de systèmes de calcul. Ces organisations

voient l’investissement dans le personnel comme

une façon de maximiser le rendement de leurs

investissements dans le matériel.

Au Canada, on a investi plus de 250 millions $ dans

l’infrastructure de CHP. Le milieu de recherche qui

utilise ces ressources se compose de plus de 2 000

professeurs, étudiants diplômés et associés de

recherche. En 2004, le personnel affecté au soutien

des installations de CHP totalisait 43 personnes -

réparties dans plus de 30 établissements et des

douzaines d’installations informatiques. Omettre de

fournir un niveau approprié de financement de sou-

tien nuira fortement aux recherches réalisées dans

les installations de CHP du Canada aujourd’hui et à

l’avenir. Non seulement nous connaîtrons une baisse

de diffusion (et par conséquent des utilisateurs) par

rapport au CHP, mais les coûts élevés de démarrage

associés à l’utilisation des installations de CHP qui ne

comptent pas suffisamment de personnel de soutien

(comme la formation et la conversion de logiciel)

pourrait empêcher de nombreux chercheurs à

établir des activités de recherche dans ce domaine.

Le programme de soutien des analystes techniques

(PSAT) montrent ce qu’on peut accomplir grâce au

personnel de soutien (consultez l’encadré à la page

70). Les statistiques montrent que le PSAT a agi de

catalyseur dans une croissance importante du nom-

bre de chercheurs qui participent au CHP : un con-

sortium a rapporté une hausse de 40 utilisateurs à

200 utilisateurs suite aux initiatives du PSAT.

En outre, les questions qui sont présentement

traitées par le personnel de soutien existant (comme

les défaillances du matériel et des logiciels dans

l’équipement des fournisseurs) seront mises de côté

tandis qu’on priorise d’autres activités en réaction

aux coupures de personnel ou à l’augmentation de la

charge de travail. Cela aura un effet important sur

la façon d’envisager la science au Canada, tout en

amoindrissant les incidences positives que pourraient

avoir les installations de CHP nouvelles et existantes.

Nous tenons à mentionner qu’il y a présentement

une pénurie importante de personnes qualifiées

pour résoudre les problèmes liés à l’infrastructure

de CHP. Attirer et garder du personnel hautement

qualifié qui sait comment utiliser et maintenir les

installations de CHP, et par conséquent faire

avancer le CHP comme discipline, nécessitera un

appui financier stable. Ces personnes seront cru-

ciales dans le développement d’applications de

classe mondiale et pour aider les chercheurs dans la

mise en œuvre, l’analyse et la visualisation de leurs

expériences computationnelles.

Alors qu’il existe un besoin appréciable pour que de

telles personnes travaillent dans des installations

de CHP situées dans les universités, l’industrie a aussi

de plus en plus besoin d’elles. Tandis que le CHP

occupera une place encore plus importante dans le

transfert de la recherche et de la technologie, l’indus-

trie devra continuellement adopter et soutenir de

nouveaux outils et applications de CHP pour rester

compétitive à l’échelle internationale. Il faudra un

bassin de personnes compétentes et qualifiées capa-

bles de passer de la recherche à la commercialisation.

Le modèle du PSAT montre que la création d’un

groupe organisé de spécialistes du CHP sur le plan

national répartis sur l’ensemble du pays offre une

base d’expertise bien plus approfondie et efficace

que si tous les différents techniciens travaillaient

séparément. La rentabilité de ce modèle de soutien

est également attrayante. Ce modèle appuie un

rapport de chercheurs/analystes de soutien bien

supérieur à celui qui existe aux États-Unis par exem-

ple. Cependant, il faut davantage de soutien qu’il y

en a présentement. Ce qui abouti à la recommanda-

tion suivante :

3.3 Nous recommandons fortement qu’un mon-

tant équivalent à au moins 25 % des dépenses

annualisées en matériel de CHP soient

allouées annuellement au financement du

personnel de soutien du CHP (adopté lors de

l’établissement des fonds requis pour les

recommandations 2.1 et 5.1).

Alors qu’il existe un besoin

appréciable pour que de telles

personnes travaillent dans des

installations de CHP situées dans les

universités, l’industrie a aussi de plus

en plus besoin d’elles. Tandis que le

CHP occupera une place encore plus

importante dans le transfert de la

recherche et de la technologie,

l’industrie devra continuellement

adopter et soutenir de nouveaux

outils et applications de CHP

pour rester compétitive

à l’échelle internationale.

Chapitre 3

74

75

Étude de cas

Simuler la vie

Imaginez pouvoir faire l’essai de médicaments

sur ordonnance sur vos propres cellules sans

subir des effets secondaires douloureux. Et si

votre médecin pouvait prescrire de façon plus pré-

cise des médicaments qui conviennent à votre phy-

siologie sans avoir à recourir aux essais et erreurs?

Grâce à de récents progrès de recherche dans le calcul

de haute performance, les chercheurs du Canada sont

capables de simuler une cellule vivante au sein d’un

environnement informatique virtuel. Cette cellule

vivante peut être manipulée à différents degrés de

résolution moléculaire et elle peut réagir, s’adapter et

évoluer pour tirer parti de cet environnement virtuel.

La perspective de simuler la vie a d’importantes con-

séquences sur la recherche des sciences de la vie. Les

découvertes pourraient se réaliser avec davantage

de connaissances prédictives, plus rapidement et de

façon plus rentable. Les produits pharmaceutiques

et autres composés biologiques actifs pourraient

subir un triage et des essais non seulement sur leurs

effets ciblés mais également sur leurs effets se-

condaires physiologiques. Tôt ou tard, on pourrait

faire l’essai de régimes posologiques complexes et

les optimiser pour les patients à l’aide de simulations

physiologiques personnalisées. Des organismes

pourraient être génétiquement modifiés pour une

performance optimale de la biofabrication.

Les applications potentielles sont dispendieuses et

leurs répercussions profondes.

Grâce à de récents progrès de recherche dans lecalcul de haute performance, les chercheurs duCanada sont capables de simuler une cellulevivante au sein d’un environnement informatiquevirtuel. Cette cellule vivante peut être manipuléeà différents degrés de résolution moléculaire etelle peut réagir, s’adapter et évoluer pour tirerparti de cet environnement virtuel.

Pour la mise en œuvre efficace d’un modèle cellu-

laire virtuel, il faut donner l’accès à de meilleures

ressources informatiques aux équipes de recherche

d’un bout à l’autre du Canada. Présentent, les mo-

dèles cellulaires virtuels s’effectuent à 1/100ème de

l’échelle requise. Pour commencer à modéliser plus

qu’une milliseconde de vie cellulaire simulée, les

exigences de calcul sont considérables et nécessi-

tent au moins 8 téraoctets de mémoire!

Une plus grande puissance de traitement et davan-

tage de nœuds de calcul réseautés seront essentiels à

la réussite de cette recherche. La complexité des

simulations est grandissante. Les techniques de visu-

alisation de données complexes sont en voie de

devenir rapidement plus qu’un simple moyen de

communiquer les résultats. Ces outils sont devenus

indispensables à l’évaluation continue de la concep-

tion des modèles et cruciales au diagnostic et à l’éva-

luation rapides des comportements de ces modèles.

Une section en coupe d’une

simulation cellulaire

virtuelle et dynamique

représentant deux millions

de biomolécules.

« En ce moment, il existe d’importants défis àrelever dans l’exécution synchrone d’une appli-cation à couplage étroit pour les simulationsde la vie des cellules. Des pertes de haute per-formance inacceptables découlent des débitsde communication et des ressources computa-tionnelles limités. Notre recherche actuellenécessite une semaine de calculs informa-tiques pour produire 2 millisecondes de simu-lation de vie cellulaire. Le modèle repose forte-ment sur un grand nombre de processuscomputationnels à couplage étroit, exploitésen parallèle et maintenant un haut niveau decommunication étroite. Cela se réalise à uneéchelle réduite de 1/100ème en utilisant 100 %de notre puissance de calcul actuelle. De nou-velles ressources informatiques sont essen-tielles en vue d’optimiser l’efficacité et d’occa-sionner des impacts importants sur la résolu-tion réalisable par la simulation cellulaire. »

Dr Mike Ellison

Professeur de biochimie, Université de l’Alberta

Directeur général, Projet Cybercell

76

Étude de cas

Nanotechnologie : observer le mondedans un grain de sable

Imaginez des robots environnementaux qui net-toient nos décharges et dépotoirs toxiques,assainissant nos paysages. Imaginez une pièce

manquante d’ADN insérée dans vos gênes pourprévenir le cancer. Imaginez des robots miniaturescapables de travailler dans votre corps pour net-toyer votre sang. Imaginez que votre voiture nerouillera plus jamais.

Ce n’est pas de la science fiction. Il s’agit du poten-tiel de la recherche en nanotechnologie. Cettedernière représente la recherche et le développe-ment de la médecine, de la biotechnologie, de lagénomique, de la fabrication, du calcul, de la tech-nologie de l’information, des communications etautres domaines à des niveaux atomiques oumoléculaires. Il s’agit de manipuler la matière et decréer des dispositifs à l’échelle nanométrique—unmilliardième de mètre.

La capacité du calcul de haute performance est unfacteur limitatif important sur les progrès pratiquesde la nanotechnologie. À l’échelle nanométrique, lacomplexité des problèmes connaît une hausse expo-nentielle au nombre d’atomes compris. Lorsque lenombre d’atomes simulés augmente selon un facteurde dix, le nombre d’interactions dont il faut tenircompte augmente selon un facteur de 100 ou plus. Lapériode de temps durant laquelle on peut observerune interaction à l’échelle nanométrique est aussi trèsrestreinte par les limites computationnelles actuelles.

Ces questions font des remous au sein de l’industriedes semi-conducteurs. Par le passé, l’industrie fonc-tionnait en tenant pour acquis qu’il y avait une li-mite bien précise au nombre de composants pou-vant être placés sur un semi-conducteur étagé. Lananotechnologie démantèle ces absolus. La diminu-tion de la taille fait partie de l’équation; et uneaccélération de la vitesse en est l’autre partie. Nouspourrons envisager ce plein potentiel uniquement àl’aide d’une infrastructure de CHP correspondante.

La nanotechnologie exige des améliorations sansprécèdent dans les capacités de CHP pour appuyercette échelle et cette portée nouvelles de larecherche. Il y a un très grande demande pour unepuissance de calcul considérable : des capacités detraitement en téraflops ou pétaflops. Cela permet-tra aux chercheurs d’explorer des simulations quicomprennent un nombre réaliste d’atomes qui interagissent plus longtemps qu’une secondeou deux. C’est tout à fait crucial si on veut construi-re des nano-dispositifs et en bout de ligne créer desprocessus de fabrication nouveaux et améliorer, des systèmes de sécurité intérieure, des biomaté-riaux, des outils de diagnostic des maladies et desagents de dépollution environnementale, quinécessitent tous une puissance de calcul qui sur-passe les capacités de traitement téraflops etpétaflops. Les coûts de mise au point sont subs-tantiels mais les retombées encore plus-réduisanten définitive les frais tout en offrant davantage depuissance, de capacité, de flexibilité et de fiabilité.

« À long terme la nanotechnologie con-cerne aussi le calcul. C’est le seul outil à notre disposition pour combler le gouffre entre la théorie et les expériences pour des problèmes diffi-ciles qui résistent au traitement analy-tique. Ce qui, bien entendu, signifiepresque tous les problèmes… »

Dr Mark Freeman

Chaire de recherche du Canada

en physique de la matière condensée

Professeur de physique, Université de l’Alberta

La recherche effectuée à l’Institut nationale de nanotechnologie

par le groupe des appareils à l’échelle nanométrique dirigé par

Dr. Robert Wolkow fait voir la correspondance entre des orbites

moléculaires calculées (gauche), la densité de la charge totale

calculée (centre) et l'effet de « pente » des lignes moléculaires

observées par la microscopie à effet tunnel (droite). La pente

prévue par la mécanique quantique disparaît à mesure qu'aug-

mente la polarisation de l'intensité de l'imagerie, en accord avec

l'expérience. Ce phénomène illustre comment la conduction

d'un courant électrique à travers des molécules est modulée par

des charges négatives localisées, ce qui donne une connais-

sance unique de l'électronique moléculaire.

77

Étude de cas

La modélisation de maladies infectieuses chez les animaux

La fièvre aphteuse est une maladie très con-tagieuse et aux répercussions économiquesimportantes qui touche les bovins, les porcs, les

moutons et autres ruminants à onglons. De nom-breux animaux infectés se rétablissent mais la mala-die peut entraîner des pertes importantes dans laproduction de la viande et du lait. La fièvre aph-teuse se propage largement et rapidement. Ce fait,associé aux répercussions économiques et physiquessérieuses, fait de la fièvre aphteuse une des maladiesque craignent le plus les propriétaires d’élevage.

On comprend en grande partie la maladie de lafièvre aphteuse chez des populations sensibles enidentifiant les facteurs qui influencent la fréquenceà laquelle elle survient. Parmi ces facteurs se trou-vent : le virus, l’hôte, les interactions entre l’hôte etle virus, ainsi que le milieu. Cependant, chacun deces facteurs compte tellement de permutations etde combinaisons qu’il faut recourir à des ordina-teurs de haute performance en vue d’évaluer lamanière dont la maladie se propage et ainsi permet-tre la mise en œuvre de stratégies de confinement.

La modélisation n’est pas un nouvel outil enépidémiologie. Toutefois, le CHP a relevé la barre dela recherche sur la modélisation des animaux et faitmaintenant partie intégrante de la science. Il a servide catalyseur, incitant les scientifiques à poser denouvelles questions plus sophistiquées pour aider àfournir à l’industrie et au gouvernement les outilsdont ils ont besoin pour contenir la propagation desmaladies animales.

« Grâce au calcul de haute performance, leschercheurs pourront faire l’essai de modèles beau-coup plus complexes, tout en bénéficiant d’unevitesse et de capacités supérieures pour mieuxcomprendre la manière dont fonctionnent lesmodèles de propagation des maladies et en quoiils s’associent. Ces résultats jouent un rôle crucialpour aider les professionnels en santé animale àmettre sur pied des stratégies de maîtrise desépidémies. La possibilité de collaborer avec deschercheurs en santé animale du Canada et desÉtats-Unis, et de les familiariser au potentiel ducalcul par grappe, est très stimulante. »

Dr Deborah Stacey

Professeur de calcul et de science de l’information

Université de Guelph

La recherche sur la modélisation des animaux viseun avenir où l’éclosion de maladies animales peutêtre mieux gérée et contenue et où les décideurspeuvent prendre des décisions plus éclairées quantà la mise en application de stratégies de vaccinationpour minimiser la propagation des maladies. Il nes’agit pas de savoir si une éclosion surviendra maisplutôt quand. La recherche sur la modélisation ani-male peut offrir aux scientifiques et gouvernementsles outils dont ils ont besoin pour réagir rapidementet de façon appropriée, en limitant les dommagesphysiques et économiques. Il s’agit aussi d’un outilessentiel pour l’établissement de politiques rela-tives à l’agriculture et à la santé publique, de mêmeque pour l’analyse et la planification de stratégiespour surveiller et combattre le bioterrorisme. LeCHP est essentiel pour réaliser ces études etaccroître notre capacité à minimiser et contenir leséclosions qui pourraient avoir un impact dévasta-teur sur l’économie canadienne.

Le processus de simulation pour la modélisation des maladies

animales. De l’utilisateur qui se sert de l’ordinateur de bureau

aux algorithmes exécutés sur les grappes informatiques de CHP.

Les permutations de la modélisation représentent une équation

complexe et nécessitent une puissance de calcul considérable.

78

Étude de cas

La simulation qui offre une stimulation aux cardiaques

Le calcul de haute performance permet aux

ingénieurs biomédicaux de réduire les coûts et

le temps associés à la conception de nouveaux

dispositifs d’importance vitale, tels les défibrillateurs

internes.

On élabore des modèles informatiques complexes

du cœur pour établir une étape initiale d’essai des

nouvelles idées et innovations médicales permettant

d’économiser temps et argent. Le milieu médical

possède des modèles heuristiques de fonction-

nement. Les modèles informatiques sont plus

rigoureux. Les expériences de simulation permet-

tent aux chercheurs de vérifier leur hypothèse de

façon quantitative. Si les idées sont logiques dans les

modèles informatiques, c’est une bonne raison de

passer aux expériences médicales.

Il faut une journée pour exécuter une simulation

standard du cœur sur des ordinateurs de haute per-

formance. Le même essai pourrait prendre un an ou

plus à réaliser sur un ordinateur de bureau.

Néanmoins, il est loin d’être certain qu’un tel ordi-

nateur pourrait composer avec la programmation

informatique complexe qu’exigent les modèles car-

diaques. Ces derniers sont très complexes. Ils sont

construits à partir de la sous-cellule jusqu’à l’ensem-

ble. Pour ce faire, il faut créer des millions de cel-

lules « virtuelles », les rassembler pour créer des tis-

sus puis chevaucher les tissus pour former des par-

ties du cœur ou un cœur complet. Cette capacité

d’effectuer des simulations du cœur à l’aide du CHP

permettra des simulations puissantes pour amélio-

rer les défibrillateurs internes. Un défibrillateur

interne est un petit appareil implanté sous la peau

et contenant un microprocesseur sophistiqué et une

pile. Des électrodes à petits fils vont du défibrilla-

teur au cœur. L’appareil surveille continuellement le

rythme du cœur de façon à fournir un choc élec-

trique puissant pour que le cœur recommence à

pomper advenant un épisode de mort cardiaque

soudaine chez un cardiaque.

C’est un pas important dans le soin et la surveillance

des cardiaques. Ces appareils sauveront véritablement

la vie des patients. Par conséquent, le calcul de haute

performance joue un rôle essentiel dans la recherche

cardiaque qui vise à sauver la vie des Canadiens.

« Nous avons une hypothèse de base, qui repose sur la dynamique de la fibrillation sur la manièred’améliorer l’alimentation de l’appareil. Il s’agirad’une amélioration importante en ce qui touche lasûreté des appareils et la santé globale du cœur descardiaques. Les simulations qui nous ont permis d’enarriver à cette hypothèse auraient été impossiblessans les ressources du calcul de haute performance. »

Dr Josh Leon

Directeur du département de génie électrique

et informatique

Université de Calgary

Un modèle de cœur virtuel contenant des millions de « cel-

lules virtuelles ». Les chercheurs peuvent étudier le cœur

virtuel à l’aide d’une cave 3D tel qu’illustré. Cela permet

d’examiner le cœur tout en observant ses cellules de surface

jusqu’à tous les niveaux cellulaires et tissulaires lorsqu’on

surveille l’activité cardiaque.

Chapitre 4 : IMPACT Canada :Un organisme national pour le CHP

La coordination efficace des personnes et des

ressources est la pierre angulaire du succès de la

communauté de CHP au Canada. Les consor-

tiums universitaires de CHP actuels procurent un mo-

dèle très efficace de coordination et de partage

régionaux. L’association C3.ca a offert un forum essen-

tiel pour l’organisation et l’élaboration d’une

stratégie nationale sur le CHP, mais n’est pas faite pour

offrir le leadership nécessaire. Alors que le CHP prend

plus d’importance et que les systèmes sont de plus en

plus disponibles sur nos réseaux haute vitesse

nationaux et provinciaux, l’importance d’une coordi-

nation nationale occupe une place centrale8. Ce

niveau de coordination et de partage du personnel et

de l’infrastructure informatique est probablement

unique au Canada à l’heure actuelle – grâce surtout à

la FCI. Le Canada tirera davantage profit d’une plus

grande coordination de ses investissements nationaux

dans le CHP que s’ils sont gérés séparément. Le

Canada deviendra aussi beaucoup plus compétitif en

vertu de ce modèle et paradigme qu’adopte par

exemple l’Union européenne9, et pourrait occuper

une place de leader en innovant dans le développe-

ment et la coordination d’une infrastructure nationale

de recherche de CHP répartie géographiquement.

Pour assurer cette direction et coordination nationales

essentielles, nous proposons l’établissement immédiat

d’un nouvel organisme : IMPACT Canada.

4.1 Nous recommandons fortement l’établisse-

ment d’un organisme, IMPACT Canada, qui

sera chargé du leadership, de la coordination

et de la surveillance du CHP au Canada.

Le mandat principal de cet organisme sera d’offrir

une direction et une coordination nationales par le

biais d’activités telles que : (a) défendre les intérêts

relatifs au financement, particulièrement au

fédéral, (b) représenter les communautés cana-

diennes de CHP à l’échelle nationale et interna-

tionale, (c) définir les services, la fonctionnalité, les

faisabilités et capacités requis en matière de CHP, (d)

assurer la coordination et l’interopérabilité parmi

les principaux fournisseurs de ressources, (e) coor-

donner et faciliter la formation et l’éducation perti-

nentes à la recherche et aux utilisateurs de CHP au

Canada, (f) mener des activités de sensibilisation du

public et de publicité au nom des communautés de

CHP et (e) la conférence annuelle sur le CHP. Selon le

point de vue développé dans les autres parties de ce

rapport, cela se traduira par les priorités suivantes :

• élaborer des stratégies visant à rehausser le

CHP dans l’éducation et la recherche pour les

sciences de la santé, de l’environnement,

appliquées, physiques, de la vie et humaines

telles qu’identifiées dans la recommandation

3.2 en sensibilisant l’ensemble des secteurs

privé et public sur les ressources de CHP;

• contribuer à l’élaboration de l’expertise iden-

tifiée dans la recommandation 1.2, notam-

ment en collaborant avec des établissements

postsecondaires pour créer un bassin impor-

tant de personnel qualifié et favoriser la

recherche axée sur les calculs au Canada;

• recommander l’allocation et la distribution

des ressources nécessaires pour maximiser la

compétitivité des recherches canadiennes qui

se fondent sur le CHP;

• évaluer les futurs besoins de développement

pour s’assurer que les investissements du

Canada en matière de CHP restent compéti-

tifs pour l’avenir;

• faciliter la sélection et l’exploitation de l’ins-

tallation à échelle téra du Canada;

• rehausser l’interface entre l’industrie et les

ressources de CHP et établir les relations entre

Chapitre 4

79

8 Déjà le programme de soutien aux infrastructures derecherche de l’Union européenne a lancé HPC-Europa, uneinitiative qui appuie les scientifiques européens en intégrantles réseaux, les recherches conjointes et l’accès commanditéà six infrastructures importantes de CHP (CEPBA, CINECA,EPCC, HLRS, IDRIS et SARA). [REF 25]

9 Le 6ème programme-cadre de l’Union européenne, d’une valeurde 16,27 milliards € (FP6) (2002-2006), conçu pour concur-rencer les efforts de recherche déployés par les États-Unis et leJapon, a un budget de 3,6 milliards € pour appuyer sonthème de « Technologies de la société de l’information (IST) ».Une des priorités stratégiques de ce thème est de fournir unecapacité et des intergiciels de calcul distribué pour la résolu-tion de problèmes complexes et pour appuyer les occasionscollaboratives de recherche et développement en Europe. Lecadre comprend aussi un autre 655 millions € pour l’élabora-tion d’un tissu de grilles paneuropéen de réseaux de commu-nications et de calcul haute vitesse. [REF 26]

l’industrie et les chercheurs et les possibilités

de recherche;

• offrir une grande obligation de rendre

compte sur les dépenses liées au CHP.

Dans ce contexte, IMPACT Canada favorisera

l’Innovation, facilitera le Management de res-

sources informatiques de pointe, permettra aux

Personnes d’atteindre leur plein potentiel de

recherche, contribuera au développement d’Appli-

cations informatiques qui mèneront à des percées

scientifiques, favorisera le déplacement des idées et

l’interaction par le biais de vastes stratégies de

Communications, et supervisera et coordonnera

l’acquisition et l’exploitation de technologies habi-

litantes. IMPACT Canada regroupera ainsi les élé-

ments essentiels d’un monde numérique haute-

ment compétitif et branché qui dominera le 21ème

siècle au Canada. Les sections suivantes tracent les

grandes lignes de stratégies et fonctions spécifiques

que doit entreprendre IMPACT Canada pour accom-

plir chaque aspect majeur de son mandat et

apporter des recommandations complémentaires

relativement à ces activités.

Élaborer des stratégies visant àrehausser le CHP dans l’éducation et la recherche pour les sciences de la santé, de l’environnement,appliquées, physiques, de la vie ethumaines telles qu’identifiées dans larecommandation 3.2 en sensibilisant

l’ensemble des secteurs privé et publicsur les ressources de CHP.

IMPACT Canada appuiera des efforts coordonnés

de recherche parmi les disciplines. Dans ce rôle, l’or-

ganisme œuvrera à l’établissement et au renforce-

ment des relations entre les initiatives scientifiques

nationales, ainsi que leurs expériences, qui voient le

jour au sein des consortiums de CHP au Canada. À

titre d’exemple, le projet de superordinateur scien-

tifique canadien interréseau (SSCI) [REF 23] rassem-

ble des ordinateurs sur le plan national pour répon-

dre à des besoins ciblés. IMPACT Canada fournira

également de l’information aux chercheurs sur la

manière d’utiliser les ressources de CHP et comment

y accéder par le biais de son site.

IMPACT Canada assurera aussi une sensibilisation

technologique, de la formation et de l’éducation

pour les chercheurs et le personnel, aidera les écoles

dans l’élaboration de programme. IMPACT Canada

collaborera avec d’autres organisations et tous les

ordres de gouvernement pour favoriser les pro-

grammes de perfectionnement professionnel à l’in-

tention des professeurs, du préscolaire à l’école se-

condaire, afin de les aider à mieux enseigner la

manière dont la science computationnelle modélise

et résout des problèmes du monde réel. Ces pro-

grammes initieront les enseignants à la modélisa-

tion et à la simulation informatiques, en plus d’ac-

croître leurs connaissances sur l’utilisation de la

technologie de l’information dans leurs classes. Les

enseignants pourront ensuite utiliser leurs nouvelles

compétences pour inspirer leurs élèves à trouver les

mathématiques et la résolution de problèmes sti-

mulantes dans les matières principales de leur pro-

gramme. De plus, les enseignants pourront tirer

profit des problèmes d’intérêt local ou régional

pour susciter l’intérêt de leurs élèves. Cet objectif

sera un complément à l’initiative de CREAS (Centres

de recherche sur l’enseignement et l’apprentissage

des sciences) du Conseil de recherches en sciences

naturelles et en génie du Canada. La réussite de cet

objectif clé est vitale pour la santé économique à

long terme du Canada.

IMPACT Canada œuvrera aussi à l’élaboration d’un

réseau de partenaires des secteurs de l’industrie et

du public intéressés à participer aux initiatives de

CHP et à optimiser les ressources du Canada en

matière de CHP. IMPACT Canada, par le biais de ses

propres initiatives et en collaboration avec d’autres

organisations, élaborera des programmes de sensi-

bilisation pour compléter les programmes officiels

d’éducation et de formation au sein des écoles et

universités canadiennes. Par exemple, on pourrait

promouvoir les avantages potentiels des outils de

visualisation et de collaboration, comme Access

Grid (une série de protocoles pour la collaboration

avancée), à l’intention du personnel scolaire et des

petites et moyennes entreprises (PME) du Canada,

de concert avec le Conseil national de recherches du

Canada. En outre, IMPACT Canada collaborera avec

les médias pour s’assurer que la population canadi-

Chapitre 4

80

enne est bien au fait des nouvelles technologies.

Contribuer à l’élaboration de l’expertiseidentifiée dans la recommandation 1.2,notamment en collaborant avec desétablissements postsecondaires pourcréer un bassin important de personnelqualifié et favoriser la recherche axée surles calculs au Canada.

Sans un bassin important de personnel qualifié, le

Canada sera incapable d’utiliser, élaborer et

soutenir efficacement des activités de CHP d’enver-

gure internationale. Par conséquent, nous appuy-

ons vigoureusement les mesures suivantes en ce qui

touche à l’éducation, la sensibilisation et la forma-

tion : (i) que les universités, les consortiums et

IMPACT Canada travaillent de concert pour mettre

sur pied et offrir des programmes d’éducation, de

sensibilisation et de formation qui contribueront à

l’exploitation efficace de toutes les installations de

CHP; (ii) qu’IMPACT Canada encourage et contribue

à l’élaboration de programmes d’apprentissage en

vue d’offrir aux étudiants de valeur l’occasion d’ac-

quérir une expérience pratique des applications et

opérations de CHP, avec comme vision de former la

prochaine génération de chercheurs et de person-

nel de soutien en CHP; (iii) qu’Access Grid, ou toute

technologie similaire, serve de moyen pour favori-

ser activement les visées d’IMPACT Canada quant à

la collaboration et l’éducation; et (iv) qu’IMPACT

Canada entreprenne des programmes de sensibili-

sation avec les universités pour promouvoir la com-

préhension du rôle que joue la recherche axée sur

le calcul à tous les niveaux de scolarité.

IMPACT Canada jouera un rôle de premier plan dans

l’éducation, la sensibilisation et la formation. Il tra-

vaillera étroitement avec les universités, les hôpitaux,

les collèges et les consortiums afin d’offrir aux jeunes

canadiens, par le biais d’Internet, une présentation

initiale des sciences computationnelles. Il est large-

ment reconnu qu’il s’agit d’un élément vital dans l’é-

ducation des sciences en général, et la diffusion d’un

tel contenu est très bien financée aux États-Unis.

IMPACT Canada élaborera des programmes de sensi-

bilisation innovateurs pour renforcer la prise de cons-

cience de la prochaine génération de jeunes

chercheurs sur le rôle central que peut jouer le calcul

à la fois dans l’apprentissage et la recherche.

IMPACT sera l’instrument principal du Canada pour

faciliter le développement des ressources humaines

dans toutes les facettes du CHP par le biais de l’édu-

cation, la formation et la sensibilisation. Tel que

mentionné précédemment, une cohorte solide de

chercheurs de CHP compétents existe au sein des

universités canadiennes, dont plusieurs sont titu-

laires d’une chaire de recherche du Canada et sont

des chefs de fil mondiaux dans un large éventail de

domaines. Nos chercheurs de pointe attirent d’ex-

cellents étudiants et forment des diplômés qui

seront à leur tour les leaders de demain. Malgré les

avantages tangibles découlant du financement et

de l’infrastructure par le biais des conseils subven-

tionnaires et de nouvelles initiatives comme la FCI

et du Programme des chaires de recherche du

Canada, le statu quo ne permettra pas au Canada

de conserver son rang parmi les grandes nations du

monde. À vrai dire, pour se classer parmi les pays les

plus innovateurs, nous devrons en faire bien davan-

tage pour préparer les Canadiens à vivre et à cal-

culer dans un monde numérique bien branché.

Au sein des universités canadiennes, il y a un besoin

pressant de créer des programmes en sciences et

génie computationnels (SGC). Alors que des univer-

sités bien établies offrent de solides programmes

dans des disciplines fondamentales telles que les

sciences et le génie depuis plusieurs décennies,

l’élaboration de programmes en informatique est

relativement nouvelle. Malgré le potentiel grandis-

sant du Canada en matière de science informatique,

il est urgent d’élaborer des programmes en SGC qui

permettront de combler l’écart avec les programmes

de sciences conventionnels. Ces derniers ont ten-

dance à être très spécifiques tandis que les pro-

grammes en informatique ne s’orientent générale-

ment pas sur l’application de méthodes computa-

tionnelles pour résoudre des problèmes.

IMPACT Canada collaborera avec les universités cana-

diennes et d’autres organisations pour favoriser

l’élaboration de programmes en SGC pour les étu-

diants de premier cycle et de cycles supérieurs. Ces

programmes sont fondamentalement interdisci-

Chapitre 4

81

plinaires et ils exigent des diplômés qu’ils dévelop-

pent une expertise dans une technologie de calcul de

pointe et dans une ou plusieurs disciplines. Au pre-

mier cycle, ces programmes comprennent un tronc

commun sur des aspects choisis de la technologie de

calcul, du calcul numérique et de l’utilisation pratique

d’architectures informatiques avancées. En plus de

respecter les exigences du tronc commun, les étudiants

peuvent choisir un volet qui les mènera à l’obtention

d’un baccalauréat en sciences computationnelles, avec

spécialisation dans une variété de disciplines comme

les mathématiques appliquées, les sciences de l’atmo-

sphère, la biologie, la biophysique, la chimie, la géo-

physique, les sciences des matériaux, etc. Les titulaires

d’un baccalauréat ès sciences en SGC constituent un

bassin important de compétences pour les programmes

de maîtrise et de doctorat ès sciences dans tous les

domaines scientifiques et technologiques modernes.

IMPACT Canada collaborera aussi avec les universités

et industries canadiennes pour faciliter la participa-

tion des étudiants à l’enseignement coopératif

(CO-OP) et autres programmes de stages qui offrent

une bonne formation pour les carrières dans les

domaines computationnels avancés. En outre, pour

favoriser la compétitivité à l’interne et pour sensibili-

ser les Canadiens aux meilleures pratiques interna-

tionales, IMPACT Canada travaillera de concert avec

les universités pour mettre à contribution les pro-

grammes d’échange à l’étranger.

Une exigence correspondante pour les équipes de

scientifiques et de mathématiciens computationnels

est qu’ils doivent être capables de concevoir, de modi-

fier et d’optimiser les applications pour les futurs sys-

tèmes. Idéalement, ces équipes devraient se compo-

ser de scientifiques informatiques chargés de

l’analyse et du dépouillement des exigences relatives

aux applications scientifiques ainsi que de l’élabora-

tion d’environnements logiciels appropriés pour per-

mettre aux scientifiques d’obtenir la performance et

les capacités optimales du matériel. Avec IMPACT

Canada qui coordonne une telle approche, nous

sommes optimistes quant à l’augmentation de l’ex-

tensibilité des codes existants pour un grand nombre

de processeurs et, tout aussi important, quant au

pourcentage de performance supérieure obtenu.

Il nous faut également développer l’expertise dans la

conception d’outils logiciels de CHP. Les compétences

du Canada en matière de recherche axée sur le calcul

et d’exploitation du CHP sont reconnues. Ces compé-

tences ne s’accompagnent pas de technologies de

CHP aussi solides (par ex. les outils d’exploration

de données, le méta-calcul, les outils d’évaluation de

la performance, la visualisation avancée et la paral-

lélisation automatique). Il est important de rétablir

l’équilibre en développant cette expertise, puisque

ces compétences et technologies sont essentielles si

nous souhaitons tirer pleinement profit des

investissements physiques et humains que nous effec-

tuons dans l’infrastructure informatique.

Coordonner et normaliser la mise enœuvre et l’utilisation des ressourcesde CHP en matière d’infrastructure etde personnel dans l’ensemble du pays

Tandis que l’accès au CHP et la demande aug-

mentent dans tous les domaines et au sein de l’in-

dustrie 10, IMPACT Canada dirigera et coordonnera

l’adoption de normes communes pour le matériel,

les logiciels, les données et les communications – un

aspect essentiel pour assurer l’utilisation efficace à

long terme des ressources de CHP. IMPACT Canada

coordonnera aussi des initiatives qui permettent un

accès transparent aux ressources de CHP réparties

géographiquement : processeurs, stockage, capa-

cités de visualisation et installations de collabora-

tion. Cela nécessitera la coordination attentive des

fournisseurs de ressources ainsi que la réalisation

d’activités de planification stratégiques pour éla-

borer des normes sur les technologies et la forma-

tion. IMPACT Canada pourra offrir conseils et assis-

tance spécialisée aux centres de CHP d’un bout à

l’autre du pays, et relèvera activement les défis

posés par le transfert de technologie.

Chapitre 4

82

10 Un nouveau rapport du CDI suggère que le calcul distribué(CHP) est sur le point de connaître une croissance majeure,tandis que les utilisateurs cherchent à optimiser leurs capa-cités d’utilisation des ressources. On prévoit que « lesrecettes surpasseront 12 milliards $ d’ici 2007 dans l’en-semble des marchés techniques et des entreprises commer-ciales de calcul de haute performance (CHP) ». [REF 27]

Un calcul distribué réussi se doit non seulement de

franchir les obstacles technologiques inévitables

mais surmontables, il se doit aussi, de façon plus

cruciale, de favoriser une culture organisationnelle

de CHP hautement coordonnée et efficace dans

l’ensemble du Canada. Le Programme de soutien

des analystes techniques (PSAT), fondé par le

CRSNG, procure un cadre de travail clé innovateur

qui permet aux différents fournisseurs de

ressources de collaborer dans le cadre d’initiatives

complexes. Nous proposons qu’IMPACT Canada

remplace le PSAT dans la coordination du personnel

réparti de par le pays auprès de différents four-

nisseurs de ressources. Étant donné la grande

envergure des activités de CHP, IMPACT Canada

devra favoriser un grand esprit d’équipe et d’objec-

tif commun. IMPACT Canada sera également chargé

d’interagir avec les fournisseurs de réseaux à

l’échelle nationale et régionale, de même que de la

formation et du perfectionnement professionnel

du personnel de soutien. Cette dernière tâche est

cruciale pour développer, attirer et garder du PHQ

au sein des industries technologiques.

Afin de bien remplir le mandat d’IMPACT Canada, il

faudra un personnel spécialisé à plein temps, y com-

pris un directeur, un directeur technique, des coor-

donnateurs de l’extension des services et des

experts techniques. Cette équipe de soutien de

qualité servira de ressource nationale à l’appui des

initiatives nationales et des collaborations à grande

échelle. L’émergence d’outils de collaboration de

pointe, tels que Access Grid, permettra aux

chercheurs et à l’équipe de soutien d’interagir et de

partager des applications à l’aide de « la voie et

l’image sur IP », une capacité qui rend cette initia-

tive pancanadienne à la fois stimulante et réaliste.

Habiliter et assurer que le Canadajoue un rôle de premier plan dans les initiatives computationnelles internationales

CANARIE a fait un excellent travail pour renforcer la

position internationale du Canada en matière de

réseaux de pointe. En réalité, on nous perçoit

comme un chef de file dans de telles activités. Nous

suggérons qu’IMPACT Canada joue un rôle sem-

blable dans le cadre d’importantes initiatives com-

putationnelles de pointe tel PRAGMA (Pacific Rim

Applications and Grid Middleware Assembly). Cela

favorisera l’accès à des ressources intellectuelles et

techniques d’autres pays tout en facilitant significa-

tivement la recherche internationale.

Recommander l’allocation et la distribution des ressources nécessairespour maximiser la compétitivité desrecherches canadiennes qui se fondent sur le CHP

Une condition clé de ce plan est que l’utilisation effi-

cace des ressources de CHP maximise le rendement

scientifique. Il faut élaborer une stratégie qui iden-

tifie les applications scientifiques et les lie à l’archi-

tecture informatique appropriée, pavant ainsi une

voie durable vers de hauts niveaux de performance

informatique. Le rôle de l’organisation à ce sujet

sera de conseiller les organismes de financement sur

les questions, les tendances, les exigences tech-

niques et les priorités en ce qui touche au CHP.

IMPACT Canada sera tenu de rendre compte aux

organismes de financement et aux consortiums de

CHP pour les décisions prises. De plus, une exigence

claire des organismes de financement est de mesurer

adéquatement les résultats et valeurs scientifiques

sollicités par les investissements proposés en matière

de CHP. Alors que les titulaires de subvention indi-

viduelle et les consortiums fournissent ce type d’in-

formation, cela est fait de façon fragmentaire et con-

tribue peu à une représentation nationale de l’évo-

lution des exigences de CHP. Il n’y a pas non plus

actuellement d’efforts coordonnés déployés pour

évaluer la situation du Canada quant aux investisse-

ments et à la production de CHP à l’échelle interna-

tionale. Par conséquent, IMPACT Canada examinera

et signalera les activités et investissements de CHP

d’un point de vue national. Une telle représentation

serait très précieuse pour les organismes nationaux

et provinciaux, ainsi que pour le milieu de la

recherche pour les futures prises de décisions et pour

prévoir les besoins et les tendances.

Chapitre 4

83

Évaluer les futurs besoins dedéveloppement pour s’assurer que lesinvestissements du Canada en matièrede CHP restent compétitifs pour l’avenir

IMPACT Canada entreprendra une « veille tech-

nologique ». Les changements rapides qui ont cours

dans la technologie de CHP nécessitent l’évaluation

constante de la technologie durant son évolution et

son adoption internationale. D’un point de vue

idéal, IMPACT Canada jouera un rôle de premier

plan dans ces efforts, assurant la sensibilisation de

la communauté du CHP et prévenant la duplication

des efforts et des investissements. Les activités de

veille technologique comprennent la collecte et la

diffusion de l’information technique, la coordina-

tion de présentations de fournisseurs, l’évaluation

des performances et des conseils sur les architec-

tures logicielles appropriées à l’intention des utili-

sateurs. Ces activités appuieront également des

efforts de diffusion et feront la promotion de la

sensibilisation du public.

Faciliter la sélection et l’exploitation del’installation à échelle téra du Canada

IMPACT Canada mettra sur pied un comité scien-

tifique qui recommandera l’emplacement, la

composition et l’utilisation d’une installation à

échelle téra. En consultation avec des partenaires

tels que les consortiums et les organismes de

financement, IMPACT Canada supervisera toutes les

facettes de ce processus, tout en fournissant le sou-

tien en matière de leadership, de gestion et de for-

mation requis pour s’assurer que les chercheurs

choisissent et exploitent les ressources les mieux

adaptées à leur recherche. L’une des tâches les plus

importantes d’IMPACT Canada sera en conséquence

d’encadrer l’accès à cette installation nationale

unique de calcul de faisabilité. Ainsi, IMPACT

Canada aura besoin d’un personnel à plein temps

spécialisé pour cette installation – qui se fondera

possiblement sur le modèle du PARI (Programme

d’aide à la recherche industrielle) du CNRC. Ce per-

sonnel aidera les utilisateurs à déplacer leurs appli-

cations depuis des installations de milieu de gamme

et leur permettra de réaliser le plein potentiel

scientifique de l’anneau central de CHP. Compte

tenu de la stratégie globale du CHP, le calcul à

échelle téra représente un élément considéré

comme essentiel par les pays qui nous font concur-

rence et qui manque visiblement au Canada.

Rehausser l’interface entre l’industrie et les ressources de CHP et établir les relations entre l’industrie et leschercheurs et les possibilités de recherche

Les petites et moyennes entreprises (PME) sont

reconnues comme le moteur de notre économie.

Contrairement à de nombreuses grandes sociétés,

ces entreprises n’ont généralement pas accès aux

ressources de CHP et ne peuvent donc pas tirer

profit des innovations de recherche du CHP. Ainsi,

nous recommandons avec insistance que le

Programme d’aide à la recherche industrielle

(PARI)-Conseil national de recherches du Canada

(CNRC) et IMPACT Canada établissent des méca-

nismes visant à faciliter l’accès au CHP, au personnel

hautement qualifié et aux résultats et à

l’équipement de recherche de pointe aux PME du

Canada. Cela comprend réunir les PME avec les

chercheurs et les possibilités de recherche.

Le Canada pourrait être à la fine pointe de l’éco-

nomie du 21ème siècle : Nous avons une stratégie de

CHP pour faire du Canada le pays qui réalise le plus

pleinement le potentiel du CHP. Les frais d’éta-

blissement au sein de nos universités et hôpitaux

ont pavé la voie à de nouveaux gains économiques

stimulants pour le Canada. Neurochem Inc., une

entreprise de biotechnologie de Montréal en est un

parfait exemple puisqu’elle a été formée à la suite

de recherches effectuées à l’Université Queen’s. La

société est inscrite en bourse (TSX : NRM) et sa ca-

pitalisation boursière représente plus de 1 milliard $

Les entreprises en démarrage et celles qui sont plus

établies, qu’elles participent ou non à des activités

de recherche et développement à l’appui de la

fabrication, de la biotechnologie, des sciences de

la vie, des communications, des finances, du com-

merce économique et autres, nécessiteront l’accès

au CHP pour demeurer compétitives et continuer

de croître. En fait, elles devront « se brancher sur »

la capacité de CHP du Canada si on réalise les

Chapitre 4

84

retombées de productivité en R.-et D. de 47 %

grâce à l’utilisation de la technologie de grille

(comme le suggère le rapport de 2002 sur le calcul

distribué mondial, une évaluation de la technologie

et du marché intitulé The Global Grid Computing

Report 2002 - Technology and Market Assessment

[REF 28]) En comblant ce retard sur l’accès, IMPACT

Canada catalysera la capacité des PME à trans-

former des possibilités de recherche et les capacités

de CHP en avantages sociaux et économiques pour

les Canadiens.

Obligation de rendre compte sur les dépenses liées au CHP

Étant donné l’important mandat d’IMPACT Canada

et l’investissement nécessaire pour exploiter l’or-

ganisme, nous recommandons la révision régulière

de ses opérations et de son rôle dans le cadre d’un

examen complet des investissements canadiens en

matière de CHP. Cela permettra d’évaluer son succès

de même que tous les besoins et priorités de

financement pour l’avenir. Cela permettra égale-

ment d’assurer l’élaboration et la mise en œuvre

d’une feuille de route logique qui suit l’évolution

des changements rapides que connaît le milieu de

la technologie, au sein duquel se trouve le CHP.

Nous recommandons la réévaluation d’IMPACT

Canada tous les cinq ans dans le cadre d’un examen

national sur la compétitivité internationale du

Canada relativement aux recherches axées sur le

CHP. Cet examen intégrera comme il convient les

indicateurs de performance suivants : l’excellence

académique (publications revues par un comité de

lecture, prix nationaux et internationaux, recrute-

ment et maintien du corps professoral); la produc-

tion d’un personnel hautement qualifié (étudi-

ants diplômés, boursiers postdoctoraux, techniciens

et associés de recherche); les répercussions scien-

tifiques; à savoir les répercussions sociétales

et économiques (de meilleurs résultats sur la

santé, une infrastructure publique améliorée, des

brevets, des essaimages, des collaborations et parte-

nariats industriels, le transfert de technologie).

Résumé

IMPACT Canada coordonnera les installations de

CHP et permettra une sensibilisation et une éduca-

tion technologiques. Il élaborera des stratégies

visant à rehausser et à mettre en application le CHP

en éducation et en recherche dans les sciences de la

santé, environnementales, appliquées, physiques,

de la vie et humaines, en vue de coordonner des

ressources existantes de par le pays et d’allouer de

nouvelles ressources de façon à maximiser la com-

pétitivité de la recherche au Canada. Il bénéficiera

d’un personnel suffisant pour aider à l’élaboration

des programmes, à la formation, à la coordination

de colloques et pour fournir conseils et assistance

spécialisée aux centres de CHP de l’ensemble du

pays. L’organisation sera également toujours prête

à conseiller les organismes de financement de la

recherche canadienne relativement aux questions

de CHP et à rendre des comptes concernant les

activités nationales de CHP.

Chapitre 4

85

86

Étude de cas

Fouiller la mémoire et redresser les esprits

Les traitements cérébraux ont toujours fait partied’une pratique médicale fragile et complexe.Poser des diagnostics sur les anomalies et troubles

du cerveau s’est avéré une procédure douloureusepour le patient et le médecin. Les risques associés àtout examen crânien sont considérables.

Jusqu’à présent, il était pratiquement impossible d’ob-server l’intérieur du crâne sans recourir à des technolo-gies d’imagerie hasardeuses et non invasives. De nosjours, nous pouvons le faire à l’aide de nouveaux outilset techniques. Ce n’est pas trop tôt. En raison d’unepopulation vieillissante et de plus en plus sujette à destroubles cérébraux dégénératifs et des maladiespsychiatriques, ces approches sont terriblement néces-saires. Santé Canada a estimé le fardeau économiquecausé par les maladies mentales à plus de 14 milliards $par année, bien qu’une estimation plus réaliste pourraittotaliser plus de 35 milliards $.

Le Canada peut être le leader mondial de la recherchesur l’imagerie cérébrale. Nous possédons de grandsantécédents en matière de recherche sur le cerveau,alors que les progrès actuels en neurologie, en psy-chologie et dans des domaines connexes sont stupé-fiants. Mais le calcul de haute performance est crucialpour sécuriser la place occupée par le Canada. La puis-sance des outils computationnels, qui a été essentielleau triomphe du projet de génome humain, se rap-porte maintenant à la recherche sur le cerveau et il esttemps pour le Canada d’agir. Il est aussi important dese rappeler que chaque étape d’une scintigraphiecérébrale repose sur un calcul rapide et efficace quiproduit des images tridimensionnelles qui peuventensuite être exploitées.

Les conséquences pour les programmes de santé duCanada sont considérables. Une scintigraphiecérébrale est utile, particulièrement s’il s’agit devotre propre cerveau qui a un comportement inac-ceptable, mais il faudra peut-être effectuer des mil-liers de scintigraphies cérébrales pour déterminer lebon traitement. Lorsqu’elles sont bien archivées, lesscintigraphies cérébrales deviennent une mine derenseignements que les docteurs et chercheurs peu-vent consulter en vue d’analyser et comprendre lesfonctions et maladies cérébrales. Les scientifiquesdoivent développer des moteurs de recherche, dessystèmes experts et des outils d’analyse des imagestrès sophistiqués pour permettre aux chercheursd’utiliser au moins ces données brutes. Il sera ainsipossible d’offrir de meilleurs diagnostics aux patientssans recourir à des procédures hasardeuses et inva-sives, réduisant le risque de complications neuronaleset la possibilité d’infections crâniennes. Des outilsd’imagerie cérébrale permettront également d’ef-fectuer de nouvelles analyses aux répercussions exci-tantes pour les patients qui, par exemple, sont sur lepoint de subir une chirurgie visant à remplacer dutissu cérébral et rétablir des capacités perdues.

La recherche sur le cerveau au Canada fait de plus enplus appel à de grandes bases de données d’imageriecérébrale qui sont souvent construites à partir desites de recherche de par le monde, en vue de com-prendre les maladies et les traitements relatifs aucerveau. Ces stratégies servent également à l’évalua-tion de nouveaux produits pharmaceutiques pourtraiter les troubles cérébraux, nécessitant des capa-cités computationnelles et de largeur de bande deréseau phénoménales. Par conséquent, un appuicontinu envers l’infrastructure du calcul de hauteperformance est impératif pour permettre ces per-cées remarquables dans la recherche. Les répercus-sions sociétales justifient à elles seules l’octroi descapacités de calcul requises pour des efforts médi-caux si exceptionnels.

« Grâce à des ressources de CHP compétitives, leCanada pourra concurrencer, et possiblement diriger,l’application de la technologie de l’information dans larecherche sur le cerveau. On ne peut calculer les avan-tages tirés d’une telle force de recherche en ce quitouche au traitement des maladies cérébrales. En rai-son d’une population vieillissante qui est de plus enplus sujette aux troubles cérébraux dégénératifs et auxmaladies psychiatriques, il est essentiel que nous ayonsaccès à la recherche de pointe en neurosciences pourdévelopper des thérapeutiques efficaces. »

Dr Alan EvansCoordonnateur, McConnell Brain Imaging CentreInstitut neurologique de Montréal et professeur deneurologie et de neurochirurgieUniversité McGill

Trois différents types d’imagespar résonance magnétiquedu même cerveau (en gris)illustrant des lésions de lasclérose en plaques (SEP).Elles sont identifiées (enrouge sur le 4ème échantillon)à l’aide du traitementautomatique des images envue d’identifier les différentstissus normaux et les lésionsde SEP (en rouge).

Rassemblant des donnéesprovenant de centaines decas de SEP, nous avons crééune « carte » tridimension-nelle de la répartition deslésions de SEP. La carte des lésions (désormais envert) entoure le fluide au cen-tre du cerveau (en rouge). Denouveaux traitements pharmaceutiques peuvent être évaluésen mesurant les modifications dans la répartition des lésionsen vert avec et sans traitement. Cela résume une base de don-nées à 500 gigaoctets de 460 patients individuels et plus de 1800 études d’IRM distinctes. [REF 29]

87

Étude de cas

Des économies de haute performancegrâce à la conception demédicaments assistée par ordinateur

Sûr et efficace. Produit économiquement.

Thérapeutiques utiles. Ensemble, ces termes

ont une incidence majeure sur le secteur

pharmaceutique du Canada. Comment? Par le biais

de la recherche en bioinformatique et en chimie

computationnelle, les experts ont maintenant la

capacité de développer et de découvrir des subst-

ances chimiques nouvelles (SCN), qui sont main-

tenant les composantes de base des médicaments

bien conçus et testés.

Le calcul de haute performance sera central dans la

création de cette capacité pour la découverte de

SCN. Le CHP fait dorénavant partie du processus de

découverte des médicaments, il est crucial quant

aux questions de traitement de données massives

associées à la conception moderne de médicaments

et est essentiel pour visualiser le processus par

lequel un médicament se lie au site récepteur. Le

CHP est absolument essentiel pour habiliter les

différents calculs qui permettent de calculer la

forme et la géométrie d’une molécule pharmaceu-

tique (mécanique moléculaire, dynamique molécu-

laire, graphiques moléculaires, calculs orbitaux

moléculaires semi-empiriques, calculs mécaniques

ab initio quantum. Quelles seront les répercussions

sur l’économie canadienne?

Le secteur pharmaceutique est une composante impor-

tante des économies des pays développés. Les SCN

comme thérapeutiques pour les maladies humaines

seront le « pétrole et le gaz naturel » du 21ème siècle.

Alors que la population mondiale augmente et fait

face aux problèmes de santé grandissants du monde

moderne, la nécessité de découvrir des SCN dans la pre-

mière moitié du 21ème siècle sera aussi importante que

la nécessité de découvrir du pétrole au début du 20ème

siècle. En outre, les retombées seront tout aussi formi-

dables : un médicament efficace pour lutter

contre la maladie d’Alzheimer ou un nouvel antibio-

tique d’une utilité générale représentera une

« molécule à un milliard de dollars ».

C’est le moment d’appuyer la bioinformatique et la

chimioinformatique comme domaines qui connais-

sent la croissance la plus rapide de la biotechnolo-

gie au Canada. Ces domaines de recherche sont

essentiels au développement de thérapeutiques

utiles (à savoir les médicaments utiles), de

molécules qui sont non seulement efficaces et sûres,

mais qui peuvent être facilement et économique-

ment produites, brevetées, qui peuvent subir avec

succès des essais cliniques complets et finalement

être commercialisées. Ces processus informatiques

gérés par ordinateur sont essentiels à la santé et au

bien-être du secteur pharmaceutique et de notre

société canadienne.

« À travers l’histoire, le Canada n’a pas eu desociétés pharmaceutiques locales ayant uneprésence multinationale pour contribuer à laprospérité de la nation. Certains pays bien pluspetits que le Canada profitent depuis longtemps desavantages économiques découlant de sociétés phar-maceutiques fécondes : le Danemark (Lunbeck), laSuède (Astra), la Suisse (Ciba-Geigy, maintenantNovartis). Une évaluation de tous les médicamentsdécouverts à l’échelle mondiale (selon le pays d’ori-gine) de 1982-2002 révèle une relation linéaireétablissant une corrélation du nombre moyen demédicaments découverts avec l’importance du pro-duit intérieur brut (PIB) des dix premiers pays producteurs de médicaments : nombre de médica-ments = -1,7 + 36,9 PIB (PIB exprimé en billions de$US). Le Canada devrait découvrir 16 médicamentspar décennie. Nous n’atteignons même pas unefraction de ce chiffre et ne faisons donc pas partiedes 20 plus importants pays en matière de décou-vertes de SCN. Par conséquent, il nous faut ren-forcer les capacités dans les découvertes de SCN etseul le CHP peut nous permettre de le faire. »

Dr Donald Weaver

Professeur à l’Université Dalhousie

Chaire de recherche du Canada en neuroscience clinique

Des scans par TEP illustrent une plus faible activité (les

régions bleues et noires) du cerveau d’un patient atteint de la

maladie d’Alzheimer (à droite) par rapport à un cerveau sain.

88

Étude de cas

Le CHP contribue à définir la structuredes protéines

Il est impossible de surestimer l’importance des pro-téines pour les plantes et la vie animale. La plupartdu tissu humain est fait de protéines ainsi que

toutes les enzymes qui catalysent les réactions ducorps, les globines qui transportent et stockentl’oxygène, les anticorps responsables des réactionsimmunitaires et les hormones sécrétées par le corpstelle l’insuline. En comprenant les processusbiologiques selon la teneur en protéines, il sera possi-ble d’améliorer la pharmacothérapie, d’obtenir demeilleurs biomarqueurs pour la santé et les maladies,ainsi que de rehausser l’application des protéines dansles plantes, les animaux, les aliments et la nutrition.

De nos jours, nous savons que les humains ne possè-dent pas beaucoup plus de gènes que des organismesinférieurs et que le secret réside dans les protéines quechaque gène code. Pour replacer ce défi dans son con-texte, il y a environ 100 000 protéines dans le génomehumain et l’information structurale au sujet de cesprotéines est essentielle pour comprendre la manièredont les protéines fonctionnent pour le développe-ment de médicaments, la différenciation cellulaire, laproduction et la régulation des protéines.

Afin d’étudier les 100 000 protéines et leurs diffé-rentes structures cristallines, les chercheurs doiventpouvoir résoudre les structures de ces protéines àl’aide d’une source de rayonnement qui produitbeaucoup de téraoctets de données.

Des installations comme le Centre canadien derayonnement synchrotron simplifient l’obtentiond’images par diffraction de rayons X des cristaux deprotéines, ce qui serait impossible dans des labora-toires de radiologie standard. Présentement, il fautmoins d’une journée de temps de faisceau au Centrecanadien de rayonnement synchrotron pour pro-duire suffisamment de rayonnement synchrotron envue d’obtenir les données par diffraction d’une seulestructure protéique.

Afin de déterminer toute la structure protéique dugénome humain, l’appui au calcul de haute perfor-mance du Centre canadien de rayonnement synchro-tron est crucial. Dès que les temps de faisceau sontutilisés pour déterminer la structure d’une protéine,ils peuvent servir à établir à quel point des centainesde candidats-médicaments synthétisés par larecherche pharmaceutique peuvent s’adapter auxsites actifs de protéines cibles. Ces développementsont des répercussions considérables sur la vitesse desynthèse des médicaments et peuvent répondre à desquestions telles que pourquoi certaines personnesarrivent à combattre le virus du SIDA tandis qued’autres n’y arrivent pas. Cela se traduira par unemeilleure compréhension des interactions entre pro-téines et médicaments, contribuant ainsi à créer desmédicaments meilleurs et plus efficaces.

Le potentiel de ce domaine est illimité et le Canada

peut faire figure de leader mondial s’il donne accès à

une meilleure infrastructure et s’il forge de meilleures

équipes de recherche que ses concurrents.

« La cristallographie des protéines seraitimpossible à réaliser sans l’accès à une grandepuissance de calcul. La capacité de produireune image de la structure d’une protéine etd’effectuer une analyse comparative nouspermet de comprendre de mieux en mieuxpourquoi les protéines évoluent, subissent desmutations et fonctionnent anormalementdans certains milieux. Cela aide non seule-ment les chercheurs canadiens à comprendreles troubles et maladies génétiques mais per-met également une meilleure compréhensiondes interactions entre les protéines et lesmédicaments. Toutefois, une croissancedurable repose sur l’assurance d’un accèscontinu aux systèmes de calcul de haute per-formance. Sans eux, le Canada sera incapablede continuer d’être en concurrence sur lemarché international. »

Mark De Jong

Chef de projet

Centre canadien de rayonnement synchrotron

La représentation graphique

en ruban de l’agencement

trimérique d’une KDPG aldo-

lase. Chaque monomère est

illustré selon une représenta-

tion en ruban et présente une

différente couleur. La KDPG

aldolase est une enzyme qui

procure un mécanisme de for-

mation de liaisons carbone-

carbone dans les organismes

vivants. [REF 30]

89

Étude de cas

Vrai ou faux? La validation dynamiquede la fiabilité et de l’authenticité desdossiers numériques

Une lettre en version papier seulement estrelativement sûre. Son en-tête, la signaturede son auteur et peut-être son filigrane

inspirent confiance quant à son authenticité. Unebonne pagination et une liste des pièces jointesnous indiquent si la lettre a été modifiée en coursde transmission. Nous accepterons le documentcomme authentique s’il ne semble pas manquer depages et avoir subi des dommages.

En revanche, peu de gens font confiance aux docu-ments numériques. Les courriels ou les documentsélectroniques possèdent rarement une signaturenumérique ou une preuve de leur provenance. Il esttrès facile de contrefaire l’adresse d’un expéditeur etautomatiquement toute tentative de répondre sesolde par une mauvaise adresse. Le contenunumérique est également simple à plagier de façonà dissimuler l’identité du véritable créateur. Lesdossiers numériques sont aussi sensibles aux pro-blèmes d’authenticité en raison de la transmission oude l’utilisation puisque les affichages d’un ordinateurpeuvent échouer à reproduire ce qui a été envoyé.Dès que les dossiers numériques sont stockés,d’autres problèmes potentiels peuvent survenir. Lesdossiers peuvent être endommagés durant un traite-ment ordinaire, et bien malin celui qui peut l’éviter.

Alors comment pouvons-nous créer un niveau d’au-thenticité et de sécurité qui inspirera confiancedans la création, la gestion et la récupération dedossiers numériques? Uniquement en travaillantavec des technologies de calcul de haute perfor-

mance distribué pourrons-nous résoudredynamiquement les problèmes pour déterminer, entemps réel, la fiabilité et l’authenticité des dossiersnumériques lorsqu’ils sont créés et transmis chaquejour. En se servant des ressources de calcul de hauteperformance, chaque dossier reçoit une identitéglobale, qui demeure au fil du temps, au sein d’unespace de nom soi-disant logique. Cet espace denom reçoit de l’information sur les conditions d’undossier lors de la reproduction. Il stocke aussi desmétadonnées descriptives, dont certaines pourraientcaractériser la fiabilité et l’authenticité du dossier.

L’importance de ce niveau d’authencité et de sécu-rité est considérable. Les organismes gouvernemen-taux se fient de plus en plus à l’Internet pourenquêter sur le terrorisme et la criminalité. Desindustries multinationales et pancanadiennes ainsique des institutions financières utilisent des dossiersnumériques quotidiennement. Une perte ou unecorruption accidentelle de ces dossiers peut entraî-ner des problèmes importants quant à l’économie,la sécurité ou la confidentialité. Les études se-condaires et postsecondaires peuvent désormais sefaire par le biais de bases de données sur le Webcomme medium de l’enseignement à « distance » -pour lequel la demande augmente, rejoignant desdizaines de milliers d’utilisateurs. Les scienceshumaines et sociales sont parties prenantes dans lestockage de tous les dossiers historiques, artistiques etlittéraires canadiens des cinquante dernières annéeset d’un avenir indéfini.

Grâce à une architecture de calcul de haute perfor-mance, nous pouvons lutter contre ces menaces etcréer d’excellents systèmes de dossiers numériquesqui sont fiables, sûrs et que nous pourrons conserverà l’intention de nos enfants et petits-enfants.

« Le CHP constitue une infrastructure de rechercheessentielle pour ces solutions. Sans lui, les assisesde notre société du savoir sont faibles. »

Dr Ian Lancashire

Professeur d’anglais

Université de Toronto

« Les chiffres ne sont pas la

seule chose que les ordina-

teurs traitent bien. À vrai dire,

seule une familiarité superfi-

cielle de la géométrie fractale

est nécessaire pour constater

que les ordinateurs sont bons

pour créer et manipuler des

représentations visuelles des

données. Voici une anecdote à propos du mathématicien

Claude Chevalley qui, en véritable Bourbaki, était tout à fait

opposé à l’utilisation des images dans le raisonnement

géométrique. On dit qu’au cours d’un cours très abstrait et

algébrique, il ne savait plus comment continuer. Après un

temps de réflexion, il s’est tourné vers le tableau et, tout en

essayant de cacher ce qu’il faisait, il a dessiné un petit dia-

gramme, l’a étudié un moment puis l’a rapidement effacé. Il

s’est ensuite tourné vers l’auditoire et a poursuivi le cours.

Il s’agit peut-être d’une anecdote apocryphe mais elle illustre

bien le rôle nécessaire des images et diagrammes dans le

raisonnement mathématique – même pour les plus fervents

opposants aux images. L’ordinateur donne aux personnes

moins expertes et têtues que monsieur Chevalley l’accès aux

types d’images que seuls les mathématiciens les plus ta-

lentueux pourraient imaginer. Des images qui peuvent être

colorées, déplacées et manipulées de toutes sortes de façon. »

(Nathalie Sinclair, 2004) [REF 31]

90

Chapitre 5 : Financement

« Les outils des découvertes scientifiques ontchangé. Auparavant, la science se limitait à l’ex-périence et la théorie comme les deux piliers del’enquête sur les lois de la nature. Avec l’avène-ment de ce que plusieurs qualifient de calcul “àéchelle ultra”, un troisième pilier, la simulation,s’est ajouté au fondement des découvertes scien-tifiques. Les méthodes computationnelles mo-dernes évoluent si rapidement que la simulationcomputationnelle est possible à une échelle dontl’importance se compare à l’expérience et lathéorie. La puissance remarquable de ces installa-tions ouvre de nouveaux horizons pour la scienceet la technologie. Jadis, nous utilisions les ordina-teurs pour résoudre des ensembles d’équationsreprésentant des lois physiques trop complexespour les résoudre de façon analytique. De nosjours, nous pouvons simuler des systèmes en vuede découvrir les lois physiques pour lesquelles iln’existe pas d’équations prédictives connues. »

Témoignage de Raymond L. Orbach, directeur,

Office of Science, U.S. Department of Energy,

devant le comité sur les sciences de la Chambre

des représentants des États-Unis, le 16 juillet 2003

Introduction

Le calcul moderne transforme la recherche au

sein des universités, des hôpitaux de recherche

et des industries de haute technologie au

Canada. La « science humide » traditionnelle qui se

réalise sur le terrain ou en laboratoire est souvent

complétée par la « science sèche » qui utilise les si-

mulations et modèles informatiques pour étudier les

mêmes phénomènes. La science sèche permet d’ex-

plorer des sphères auparavant inaccessibles et s’est

traduite par des visions scientifiques inconcevables il

y a quelques années. En retour, cela a augmenté

considérablement la demande pour le calcul de

haute performance (CHP), non seulement de la part

de chercheurs traditionnels en sciences et génie mais

de plus en plus par des chercheurs en sciences

sociales et humaines. Nous présentons de nombreux

exemples de l’importance du CHP dans ces domaines

dans les chapitres précédents.

En ce début de 21ème siècle, l’utilisation des

ressources de CHP continuera de croître et par con-

séquent, il est nécessaire d’établir une approche

coordonnée et efficace pour les rendre accessibles

d’un bout à l’autre du Canada. L’approche actuelle

quant au financement du CHP n’est pas durable :

elle est fragmentée, ne permet pas une planifica-

tion au-delà du court terme immédiat et ne peut

concurrencer avec les efforts coordonnés déployés

par d’autres pays qui investissent dans le CHP. Afin

d’être compétitif, le Canada doit également investir

dans la main-d’œuvre, les ressources d’infrastruc-

tures opérationnelles et computationnelles néces-

saires à l’appui des chercheurs canadiens. L’effet

multiplicateur de cet investissement aura des réper-

cussions directes sur nos capacités de recherche et

notre profil de recherche à l’échelle internationale.

Il procure également des avantages d’aval impor-

tants relativement à l’économie et à la qualité de

vie par le biais de nouvelles connaissances, d’inno-

vations technologiques et d’un bassin critique de

personnel hautement qualifié.

L’investissement dans un CHP compétitif n’est pas

bon marché mais il est visiblement crucial. Il faut un

investissement continu dans les systèmes de calcul

de milieu de gamme, l’ajout d’une ressource de cal-

cul haut de gamme, le personnel requis pour

exploiter et influencer la valeur de ces ressources

grâce à la coordination, la gestion, le développe-

ment et l’appui d’extension (IMPACT Canada) de

même que l’expansion des installations existantes.

Les investissements en matière de CHP doivent aussi

tenir compte de la réalité géographique du Canada,

qui nécessite la répartition mais non la dilution des

capacités de CHP de par le pays. Ces facteurs nous

mènent à proposer la croissance de l’investissement

annuel de plus de 40 millions $ de nos jours (pour les

6 principaux et 2 universités – Victoria et Toronto –

fournisseurs de ressources de CHP) à 76 millions $ en

2006 et à 97 millions $ en 2012 (en dollars de 2004).

Chapitre 5

91

Le présent chapitre explique les investissements

actuels en matière de CHP au Canada, présente un

certain nombre de dimensions principales de

financement qui soutiennent une stratégie de CHP

efficace et trace les grandes lignes de notre propo-

sition de financement pour l’avenir. La position du

Canada par rapport à ses investissements de CHP en

comparaison avec ceux d’autres pays sert de con-

texte à nos recommandations de financement. Il

convient de remarquer que nous avons rédigé ce

chapitre de façon à ce qu’il puisse être lu indépen-

damment des autres chapitres. En conséquence, il y

a certaines répétitions de l’information provenant

des chapitres précédents.

Investissements dans le CHP au Canada jusqu’à présent

Entre 1980 et 1998, il n’y avait aucune stratégie

canadienne pour le financement de l’infrastructure

de CHP. L’Alberta et l’Ontario ont tenté de mettre

sur pied des centres de CHP mais leurs efforts ont

été vains surtout en raison d’un manque de finance-

ment soutenu. Toutefois, ces incursions initiales

dans la création d’une ressource de CHP partagée

ont servi de bases pour la présente communauté du

CHP, et ont eu comme conséquence que, pour la

première fois, les milieux de recherche ont officielle-

ment défini leurs besoins en matière de ressources

de CHP et de financement, tout en établissant leurs

visions pour l’avenir. Cela s’est traduit par l’établisse-

ment en 1997 de C3.ca, la voix nationale pour le cal-

cul de haute performance au Canada qui représente

de nos jours plus de 50 organisations universitaires

et industrielles.

Ce n’est que lorsque le gouvernement canadien a

créé une entité pour poursuivre cette vision, la

Fondation canadienne pour l’innovation (FCI), que le

Canada a pu devenir compétitif sur le plan interna-

tional dans la recherche associée au CHP. Suite aux

concours de 1998, 1999, 2001 et 2003, la FCI et ses

partenaires provinciaux et industriels ont investi en-

viron 250 millions $ pour établir, exploiter et main-

tenir des installations de CHP avancées de milieu de

gamme au service des chercheurs canadiens.

Cet investissement a permis la création d’un milieu

de recherche fécond et productif, d’attirer et de

garder des chercheurs de grande qualité, de créer la

technologie nécessaire pour maximiser les avantages

des ressources de CHP, et la formation de personnes

hautement qualifiées qui sont essentielles au main-

tien de la compétitivité du Canada au 21ème siècle. Six

fournisseurs de ressources de CHP régionaux, et deux

particuliers aux universités, sont maintenant en place

pour renforcer la position du Canada. Cependant, les

fonds d’investissement sont toujours sporadiques et

non coordonnées et de futurs investissements,

quoique essentiels, sont incertains.

Penser stratégie

Une stratégie de financement stable à long terme

est nécessaire pour créer et maintenir une vision du

CHP qui garantit la meilleure valeur au public cana-

dien et assure les avantages à long terme de la

ressource pour les milieux de l’innovation et de

la recherche au Canada. Pour être efficace, cette

stratégie doit illustrer les dimensions suivantes en

matière de fonds d’investissement :

1. Continuité : Offrir un financement continu

et stable pour assurer que le Canada tire

pleinement profit d’initiatives stratégiques

de recherche et de développement à plus

long terme et exploite toute possibilité à

court terme qui se présente. Il est essentiel

qu’il n’y ait aucun écart de financement

puisque cela entraîne la perte de possibilités,

d’expertise et de ressources humaines pré-

cieuses, de même que d’avantages compéti-

tifs. Cela est spécialement important quand

on considère qu’il faut jusqu’à trois ans pour

mettre en œuvre un nouveau système.

2. Croissance : Reconnaître l’évolution des

besoins en matière de CHP alors que davan-

tage de chercheurs, provenant de différentes

disciplines, intègrent l’utilisation du CHP dans

leurs plans de recherche. Il doit y avoir une

croissance correspondante des ressources

pour appuyer un accès continu raisonnable.

3. Infrastructure de recherche compétitive :

Être conscient que la compétitivité interna-

Chapitre 5

92

tionale du Canada dans de nombreux

domaines de recherche dépend des forces

en matière de recherche de développement

et de formation sur les plans local, régional

et national. Il faut donc que les utilisateurs

de CHP aient accès à des immobilisations de

rang mondial.

4. Investissements en capital et d’exploitation :

Appuyer une solution complète (ressources

humaines, soutien opérationnel, infrastruc-

ture et installations) afin de bien exploiter les

capacités que représente le CHP. Une pénurie

de n’importe quelle de ces ressources

entachera sérieusement la valeur obtenue

des autres.

5. Planifier pour l’avenir : Reconnaître qu’un

financement de même qu’une coordination

et une gestion des ressources efficaces sont

essentiels pour renforcer stratégiquement

et exploiter les investissements existants et

futurs en matière de CHP. IMPACT Canada a

pour objet d’offrir une planification à long

terme et une exploitation efficace du CHP.

Le Canada ne peut compter sur les autres pour

répondre à ses besoins en matière de CHP. Nous ne

pouvons devenir des utilisateurs de CHP de deux-

ième catégorie, nous ne pouvons nous permettre

de perdre notre expertise et nos stagiaires à l’avan-

tage d’autres pays ou d’éroder nos capacités de

recherche. En outre, nos partenaires de l’industrie

ne peuvent perdre leur capacité à développer et à

exporter des « innovations fabriquées au Canada »,

ou l’accès à une main-d’œuvre bien formée qui

rend cela possible. Les Canadiens doivent avoir un

accès direct aux outils de CHP. Le Canada doit

croître et conserver sa propre main-d’oeuvre quali-

fiée. Notre pays doit pouvoir être compétitif dans le

monde. Nous devons investir maintenant.

Choix averti : exigences en matièred’investissements dans le CHP

Les trois domaines qui requièrent des investisse-

ments sont i) le soutien de l’infrastructure de CHP

de milieu de gamme et de pointe, ii) la main-d’œvre

et les opérations, et iii) l’établissement d’IMPACT

Canada11. Ces investissements doivent être faits

dans le contexte des cinq dimensions de finance-

ment examinées précédemment pour être efficaces.

De plus, il est crucial de comprendre que bien qu’il

soit relativement rapide d’effectuer un investisse-

ment dans le matériel, il peut être beaucoup plus

lent de produire des ressources humaines qualifiées

et compétitives, particulièrement s’il faut renouvel-

er le personnel ou s’il décide de quitter en raison

d’un financement inadéquat et irrégulier.

La proposition de financement suivante respecte un

calendrier de six ans (2006 - 2012) comme fonde-

ment pour la planification du CHP. Le financement

après 2012 est sujet à examen et à une planification

future puisqu’il est difficile de prévoir les montants

après ce temps en raison des frais associés à l’évolu-

tion des technologies, à la hausse des coûts en

matière de ressources humaines et d’autres facteurs

que nous ne pouvons contrôler ou qui sont encore

inconnus. Il est néanmoins essentiel qu’une base de

financement soit établie à ce moment pour soutenir

la valeur des investissements du Canada en matière

de CHP. Une planification stratégique coordonnée

nationalement, que nous proposons soit entreprise

par IMPACT Canada, évaluera les besoins spéci-

fiques sur une base annuelle. Cela permettra d’as-

surer une approche optimale et coordonnée de l’u-

tilisation et du développement du CHP et aidera les

organismes de financement à planifier les inves-

tissements prévus.

Exigences de financement pour l’infra-structure de milieu de gamme et de pointe

Nous devons mettre à niveau les ressources de CHP plus

souvent que d’autres types d’infrastructures. La loi de

Moore dicte le besoin de moderniser l’équipement de

CHP environ tous les trois ans en vue de maintenir les

installations de recherche à un niveau concurrentiel

Chapitre 5

93

11 Il convient de remarquer que ce financement ne comprendpas un soutien continu envers l’infrastructure informatiquepour la recherche fondamentale (les ordinateurs de bureau,les postes de travail et la machinerie spécialisée nécessaires àcertaines applications particulières aux projets) de la partdes conseils subventionnaires.

mondial. La fréquence et l’omniprésence de cette

régénération technologique est sans précèdent dans

l’histoire de la recherche scientifique.

Le financement des infrastructures

informatiques de milieu de gamme

Les installations de calcul de milieu de gamme, telles

qu’étudiées au chapitre 2, représentent le substratum

de notre modèle de CHP. Les installations de CHP de

ce niveau permettent un large éventail d’initiatives

de recherche de pointe et soutiennent présentement,

par le biais de huit fournisseurs de ressources de CHP,

près de deux milles professeurs, étudiants diplômés et

associés de recherche. Les installations de calcul de

milieu de gamme comprennent présentement des

systèmes qui, dans un environnement multi-utilisteur,

peuvent fournir une moyenne d’environ 32 à 128

processeurs spécialisés par application de recherche

(l’ordinateur de bureau ordinaire en fournit 1), dont

certaines applications nécessitent beaucoup plus de

processeurs pour de courtes périodes de temps. Une

installation de milieu de gamme se classera entre les

30ème et 500ème rangs de la liste des 500 meilleures

installations de CHP au monde. Au Canada, tous les

fournisseurs de ressources de CHP ne peuvent offrir

aux utilisateurs actuels que les ressources à ce niveau.

Le plus récent concours de la FCI s’est soldé par le

financement de quatre sites majeurs de CHP (SHAR-

CNET, HPCVL, ACEnet et l’Université de Victoria), de

l’ordre de 88 millions $ de fonds publics sur une

moyenne de quatre ans (grosso modo 22 millions $

d’immobilisations par année pour les quatre années

qui représentent une demande typique à la FCI). Le

prochain concours verra les autres sites majeurs

(WestGrid, CLUMEQ, RQCHP et l’Université de

Toronto) chercher à obtenir des niveaux de finance-

ment semblables ou supérieurs (bien qu’il ne soit

pas encore clair si la FCI et les provinces auront

suffisamment d’argent pour honorer ces demandes

et la multitude d’autres demandes de finance-

ment). Le soutien public actuel pour l’infrastructure

de CHP totalise plus de 40 millions $ par année pour

ces installations (consultez aussi le tableau 5.1)12. Si

lors de la prochaine série de concours de la FCI les

demandes pour le CHP suivent la même cadence

que pour le concours de 2003, on prévoit que les

dépenses annuelles moyennes dans l’infrastructure

connaîtront une hausse pour atteindre au moins

44 millions $ en 2006. Cependant, il reste des fonds

limités à la FCI. En fait, la FCI elle-même n’a pas de

viabilité à long terme à moins qu’elle ne reçoive

une aide financière importante de la part du gou-

vernement pour satisfaire aux besoins du pays en

matière d’infrastructures de recherche pour 2006-

2010 et au-delà.

Dans la section suivante, nous traçons les grandes

lignes de notre proposition pour le financement du

calcul de milieu de gamme au Canada. Les princi-

pales incidences potentielles (les avantages) et les

risques les plus substantiels associés au non finance-

ment en matière de CHP sont énumérés pour réaf-

firmer l’importance du financement pour la

recherche et les chercheurs canadiens. La proposition

tient compte des hypothèses de base suivantes :

• On prévoit que les coûts technologiques res-

teront les mêmes au fils du temps. Cette

hypothèse est exprimée en tenant pour

acquis qu’avec la baisse des coûts tech-

nologiques, il sera possible d’acheter une plus

grande performance pour le même montant.

• La durée de vie prévue pour un système princi-

pal de CHP est de trois à quatre ans13. Cette

durée de vie rejoint les taux d’amortissement

fédéraux en matière de technologie informa-

tique (45 % par année dès 2004), qui reconnaît

Chapitre 5

94

12 Les fonds publics proviennent de sources multiples, notam-ment les gouvernements fédéral et provinciaux, les conseils derecherche et les fondations. La plupart des applications néces-sitent l’établissement de partenariats entre de telles sources.

13 L’expérience montre que plusieurs de ces systèmes serontréorientés après cette période, selon les possibilités enmatière d’espace et de frais, mais ils ne sont plus appropriéspour soutenir une recherche compétitive axée sur le CHP.

14 Selon la présentation du budget de 2004 du gouvernementfédéral, la déduction pour amortissement de l’équipementinformatique a connu une hausse de 30 % à 45 % par annéeet pour l’Internet, les réseaux à large bande et autres réseauxde données sont passés de 20 % à 30 % par année afin demieux refléter la dépréciation de ces biens. « Ces change-ments permettront d’aligner les taux d’amortissement pourles investissements des entreprises sur la vie utile de leursbiens ». [REF 32]

la rapide dépréciation et la durabilité limitée

de ses biens14 . Selon ces taux, un investisse-

ment informatique vaudra moins que 10 % de

sa valeur initiale en quatre ans.

• Toutes les installations majeures de CHP rap-

portent présentement qu’elles fonctionnent

à capacité ou près de leur capacité. Des rajeu-

nissements des infrastructures actuelles,

telles que soutenues par le concours de 2003

de la FCI, offrent de nouvelles capacités mais

il n’y a aucun garantie qu’il y aura du

financement à l’avenir ou que ce sera suffi-

sant. Si le financement de soutien n’est pas

associé aux dépenses en immobilisations, il

sera encore plus difficile de soutenir le CHP

au Canada.

• Tandis que les utilisateurs deviennent plus

sophistiqués et que leurs modèles computa-

tionnels deviennent plus complexes, il y aura

une croissance stable dans la demande de

traitement d’une application unique. Cela

tiendra compte de la volonté d’obtenir une

plus grande vision des problèmes de recherche

soutenus par le CHP et de la capacité des utili-

sateurs à obtenir davantage des ressources.

• Les fonds demandés n’incluent pas les contri-

butions pour les immobilisations de la part de

l’industrie, seulement la part requise de la

part des sources publiques. Nous prévoyons

que les contributions industrielles seront de

13 millions $ en 2006 (environ 30 % des

dépenses publiques) et de 16 millions $ en

2012. Ces chiffres sont moins élevés que les

contributions appariées de l’industrie réalisées

jusqu’à présent dans le cadre du programme

de la FCI et ils expriment une plus grande util-

isation de composants primaires pour lesquels

les marges des fournisseurs sont bien

inférieures. La capacité des fournisseurs à con-

tribuer est donc considérablement réduite.

• Cette demande des utilisateurs supérieure à la

plus grande capacité des processeurs en raison

de leur rajeunissement représentera 3,5 % par

année. Par conséquent, le temps nécessaire

pour effectuer une simulation reste constant.

Notre proposition de financement tient compte

d’une hausse de 3,5 % par année dans les coûts

associés au CHP selon les hypothèses énumérées

plus haut. En se fondant sur l’investissement annuel

de 41 millions $, nous prévoyons que le calcul de

milieu de gamme au Canada nécessitera les dépen-

ses en immobilisations illustrées au tableau 5.1 :

Nous prévoyons que les incidences (avantages) dufinancement seront comme suit :

• Il permettra au Canada d’être en position

pour soutenir les investissements existants en

matière de CHP à l’avantage de la recherche

et des chercheurs canadiens.

• Il permettra une croissance coordonnée des

ressources. Cette coordination contribuera à

empêcher la fragmentation du financement

en biens de CHP hétéroclites, alors que de

petits groupes ne devront pas reproduire les

ressources procurées par le fournisseur de

ressources de CHP.

• Notre capacité à soutenir et à collaborer avec

l’industrie, de même que notre capacité à

participer à des initiatives internationales de

recherche, sera grandement améliorée et se

traduira par davantage de possibilités de

Chapitre 5

95

Tableau 5.1 : Dépenses en immobilisations proposées pour les installations de CHP de milieu de gamme

Type de coût 2004 2006 2009 2012

Dépenses en immobilisations 41 millions $ 44 millions $ 49 millions $ 54 millions $

Notes: 1. Tous les chiffres reposent sur les dollars de 2004 et ne tiennent pas compte de l’inflation. 2. Les dépenses en immobilisations seulement; des fonds supplémentaires seront nécessaires pour les ressources humaines et

l’exploitation, ce qui sera examiné plus loin.

transfert de technologie et de partenariats

de recherche.

Les risques associés à l’inaction sont élevés. Le

risque le plus préoccupant est que la recherche

canadienne ne progresse pas par rapport à celle des

autres pays. À titre d’exemple, nous ne pourrons

résoudre des problèmes complexes dans des

secteurs tels que les sciences de la vie, la fabrication,

la technologie de l’information et l’énergie. Voici

également d’autres risques préoccupants :

• Une incapacité à appuyer, et ainsi recruter et

garder, des chercheurs exceptionnels tels les

titulaires de chaires de recherche du Canada

qui ont besoin des ressources de CHP pour

réaliser leur recherche.

• Nos diplômés chercheront des emplois à l’é-

tranger pour accéder à des ressources de CHP.

• La capacité canadienne en matière d’innova-

tion est réduite tandis que la recherche cana-

dienne se laisse distancer. De plus, le Canada

perd l’expertise pour innover à l’aide du CHP

comme plateforme technologique.

• La probabilité d’acquisitions fragmentaires

augmentera tandis que les chercheurs se font

concurrence pour obtenir les ressources dont ils

ont besoin. Cela augmentera la valeur par dol-

lar réalisée par les organismes de financement

et contribuera à diminuer davantage l’accès.

• Que la communauté actuelle d’utilisateurs

soit restreinte quant aux ressources de CHP

par rapport aux rajeunissements de proces-

seurs qu’elle peut soutenir. Cela réduit con-

sidérablement la capacité d’inventer et limite

l’étendue des problèmes de recherche qu’on

tente de résoudre au Canada.

• Moins de partenariats de l’industrie et de

possibilités de recherche, de financement

de soutien et d’alignement des capacités que

représentent ces partenariats.

• L’érosion éventuelle des possibilités locales

alors que les industries canadiennes achètent

les produits et services associés à l’étranger.

Cela affaiblit les capacités et la compétitivité

de nos propres industries, et de surcroît, dimi-

nue la compétitivité des entreprises de pro-

duits et services de soutien à valeur ajoutée.

Financement de l’infrastructure informatique

de pointe – Une installation haut de gamme

Conformément au chapitre 2 du présent document,

une installation haut de gamme de CHP possède

des milliers de processeurs et est capable de

soutenir une performance de l’ordre de téraflops

(Tflop) sur les applications individuelles des utilisa-

teurs dans un environnement multi-utilisateur. Il

s’agit des systèmes qui occupent les 30 premiers

rangs de la liste des 500 meilleurs au monde et qui

supportent la recherche la plus intensive du point

Chapitre 5

96

Tableau 5.2 : Dépenses en immobilisations proposées pour une installation haut de gamme de CHP de premier plan pancanadienne

Type de coût 2004 2006 2009 2012

Dépenses en immobilisations 0 million $ 10 million $ 12 million $ 14 million $

Notes : 1. Tous les chiffres reposent sur les dollars de 2004 et ne tiennent pas compte de l’inflation. 2. Les dépenses en immobilisations seulement; des fonds supplémentaires seront nécessaires pour les ressources humaines et

l’exploitation, ce qui sera examiné plus loin.

« Pour permettre à l’Europe de concurrencer scientifiquement à l’avenir avec les États-Unis et le Japon, ainsi qu’avec la Chine en tenant compte de ses récentsdéveloppements, il était essentiel d’étendre l’offre des ressources de calcul de façoncontinue à la fois du point de vue quantitatif et qualitatif. »

Au sujet de la recommandation du conseil allemand visant la création de trois superordinateurs

de la plus haute performance en Europe.

de vue du calcul, à savoir les problèmes présentant

de grands défis. Les installations de calcul haut de

gamme sont accessibles uniquement aux projets clés

évalués par les pairs et présentent une qualité et une

importance scientifiques exceptionnelles. Selon cette

perspective, ces installations sont semblables de par

leur nature à d’autres instruments scientifiques de

grande envergure tels que les accélérateurs de par-

ticules et les observatoires astronomiques.

Le Canada ne possède actuellement pas d’installa-

tion haut de gamme et n’est donc pas compétitif

par rapport à d’autres pays en matière de recherche

à ces niveaux. Pour combler cet important écart, il

faudrait des dépenses en immobilisations telles

qu’énumérées au tableau 5.2 :

Investir dans une installation haut de gamme pro-

cure au Canada des avantages stratégiques en ce

qui touche à sa capacité de recherche et d’innova-

tion. Par exemple, consultez les encadrés au

chapitre 2 sur la modélisation climatique et

météorologique (la météo), la gestion des données,

les besoins d’analyse et de visualisation ainsi que les

capacités et les applications du calcul distribué.

Consultez également les études de cas sur l’impor-

tance du CHP pour l’industrie aérospatiale du

Canada (chapitre 2) de même que pour la modélisa-

tion des cellules virtuelles et la nanotechnologie

(chapitre 3). C’est aussi un facteur attirant pour des

chercheurs exceptionnels, par exemple ceux qui

pourraient devenir titulaire d’une chaire de

recherche du Canada. De nombreuses industries du

Canada (par ex. la biotechnologie, la fabrication et

la sécurité de l’information) tireraient profit de

cette ressource par le biais de leurs collaborations

avec les universités. Voici certaines des incidences

(avantages) importantes du financement :

• Cela permettra aux chercheurs canadiens

d’accéder à un calcul haut de gamme com-

pétitif sur le plan international, faisant pro-

gresser leurs recherches dans des domaines

compétitifs clés.

• Cela fournit aux chercheurs canadiens les

outils nécessaires pour résoudre des pro-

blèmes de recherche complexes et permet à

leurs partenaires d’utiliser ces connaissances

essentielles à l’emploi pour innover.

Voici certains des risques de pertes associés au non

financement d’une installation haut de gamme :

• Perdre notre compétitivité internationale et

ne plus être capable d’aborder les domaines

de recherche les plus intenses en ce qui

touche au calcul et à la résolution de pro-

blèmes qui présentent de grands défis.

• Ne pas avoir de parcours pour l’avancement des

problèmes de recherche de milieu de gamme

vers un niveau supérieur. Cela se traduira par

l’exode de nos chercheurs vers des pays qui

offrent de meilleures installations et qui leur

permettent d’effectuer leurs recherches et/ou

de maintenir leur compétitivité personnelle.

• Renoncer aux collaborations et partenariats

dans de nombreux domaines de recherche de

haute technologie qui nécessitent des instal-

lations de calcul de grande capacité.

Chapitre 5

97

« Les découvertes par le biais de la simulation

nécessitent des vitesses soutenues, de 50 à

100 téraflops, en vue d’examiner les prob-

lèmes dans les sciences et la technologie des

accélérateurs, en astrophysique, en biologie,

en chimie et catalyse, en prévisions clima-

tiques, en combustion, en dynamiques des

fluides numériques, en biologie computation-

nelle structurale et des systèmes, en science

moléculaire environnementale, en science de

l’énergie de fusion, en géosciences, dans la

protection hydrogéologique, en physique de

haute énergie, en science des matériaux et en

nanoscience, en physique nucléaire, en for-

mation et croissance de la suie et davantage »

Témoignage de Raymond L. Orbach

Directeur, Office of science,

U.S. Department of Energy

devant le comité sur les sciences de la Chambre des

représentants des Etats-Unis, le 16 juillet 2003

On peut constater l’importance de ces risques dans le

contexte des problèmes de recherche mentionnés dans

les chapitres précédents.

À quoi nous mesurons-nous de nosjours? Pourquoi nous DEVONS investirdans des installations de CHP de milieu et haut de gamme.

Voici certains exemples d’investissements effectués

par d’autres pays en matière de ressources de CHP.

Bien que chacun présente une stratégie de finance-

ment et de mise en œuvre distincte, ces exemples

visent à illustrer l’importance accordée aux

investissements dans le CHP par ces pays qui prio-

risent la compétitivité de la recherche.

• Le Canada représente actuellement 1,4 % des

sites de superordinateurs de la liste des

500 meilleurs au monde (novembre 2004), qui

compte 7 de nos systèmes de CHP. Le plus haut

rang que nous occupons est le 54ème sur cette

liste des 500 meilleurs – qui est l’indice de

référence du supercalcul de par le monde.

• Nous nous situons derrière tous les pays du

G8 à l’exception de la Russie et nos meilleurs

systèmes se situent derrière ceux de pays tels

que l’Arabie saoudite, le Brésil et Israël.

• Des pays tels que l’Inde et la Corée possèdent

plus de systèmes de CHP sur la liste des

500 meilleurs - 17 et 11 respectivement. Ces

deux pays n’atteignent pas 40 % du PIB par

capita du Canada. Il vaut la peine de noter que

les gigaflops (GFlops) par PIB (par capita)

représentent la mesure par défaut pour éva-

luer l’investissement de chaque pays en

matière de supercalcul. La figure 5.1 illustre

l’investissement relatif en CHP des 14 pays au

sommet de la liste. Le Canada, en 14ème place,

accuse un retard important par rapport à ces

pays avec lesquels il se compare généralement.

• D’ici 2006, le Royaume-Uni aura investi 50

millions £ (~ 110 millions $ CAN) sur quatre

ans pour appuyer la création d’un superordi-

nateur national (22 téraflops)

• Le Conseil allemand des sciences estime que

les gouvernements allemands (fédéral et

états) doit actuellement s’attendre à des

coûts de 30 à 50 millions d’euros pour mettre

en œuvre une machine de performance

maximale en Allemagne [REF 33]

• L’Espagne accueille le superordinateur le plus

puissant d’Europe. Ce système passera de

31 téraflops à 40 téraflops d’ici 2006 grâce à

un investissement de 70 millions €. L’Espagne

se classe au 8ème rang en Gflops par PIB (par

capita) - 6 places devant le Canada. En se fon-

dant sur les dépenses actuelles, l’adoption des

recommandations de ce plan à long terme

nous permettrait d’occuper le 6ème rang (en

tenant pour acquis que d’autres n’investiront

pas davantage).

La Department of Energy High-End

Computing Revitalization Act of 2004

(loi de 2004 sur la revitalisation du

calcul de pointe du ministère de

l’Énergie) autorise le ministère de

l’Énergie à établir des installations

de superordinateurs visant à donner

l’accès aux chercheurs américains

à certains des ordinateurs les plus

avancés au monde à partir d’une

évaluation compétitive par les pairs.

Chapitre 5

98

Ressources humaines et opéra-tionnelles (installation)

Comme pour d’autres infrastructures scientifiques

importantes, l’utilisation efficace et productive de

l’infrastructure physique nécessite des investisse-

ments substantiels continus dans la gestion tech-

nique, le soutien opérationnel et scientifique,

l’administration, la sensibilisation et la formation :

les ressources de l’infrastructure humaine. En outre,

il y a des coûts importants associés à l’alimentation

en énergie, à l’air climatisé, à la sécurité, à la sauve-

garde des données, à l’acquisition et la mainte-

nance des logiciels, à l’alimentation électrique inin-

terrompue et à une série de services de soutien : les

coûts opérationnels ou les coûts d’installation.

Soutien actuel

Avant le concours de 2002 de la FCI, il n’y avait pas

de financement de la FCI pour les opérations de

CHP — les chercheurs devaient trouver des fonds

d’exploitation auprès d’une variété de sources (cer-

taines provinces, des universités et des partenaires

de l’industrie allouaient des fonds). Les concours de

2001 et 2003 de la FCI ont complété les subventions

réussies en offrant un 30 % supplémentaire de la

somme allouée par la FCI à l’intention des coûts

opérationnels. Les provinces n’ont pas suivi le mou-

vement, ce qui signifie que le fonds d’exploitation

s’appliquait uniquement à 40 % du budget total du

projet - ou environ 10 % du budget total.

L’expérience acquise avec l’infrastructure mise en

place dans le cadre des sommes allouées par le con-

cours de 2002 de la FCI indique que les fonds de la

FCI sont suffisants mais sans plus. Cela prend pour

acquis que les frais généraux de l’installation

(comme l’électricité et l’air climatisé) sont payés par

les universités. Cela devient une situation de plus en

plus problématique puisque ce type d’installation

n’attire pas le soutien à la recherche pour les frais

indirects du fédéral. Il n’y a donc aucun fonds pour

offrir des services de soutien proactifs - des analystes

pour contribuer au développement, à l’amélioration,

à l’accès et à l’optimisation des applications de CHP -

ce qui représente une lacune sérieuse. À l’avenir,

cette question s’aggravera si la FCI ne peut fournir

un fonds d’exploitation au pourcentage actuel de

30 % de leur portion des frais d’immobilisations.

Financement proposé

Ressources humaines

En s’inspirant de l’expérience d’Environnement

Canada (Dorval) et des centres de CHP interna-

tionaux, un budget typique pour l’infrastructure

humaine pour les opérations fondamentales et les

services de soutien aux chercheurs en matière de

CHP représente grosso modo 25 % du TOTAL des

coûts d’immobilisations. Cela se traduit par un

investissement de 13 millions $ en 2006 qui passe à

15 millions $ en 2009 et à 17 millions $ en 2012 pour

exprimer l’augmentation de l’utilisation du CHP17.

Le financement requis est important et doit pren-

dre compte que tous les chercheurs et fournisseurs

de ressources doivent avoir un accès direct à une

variété de compétences spécialisées à l’interne ou à

Chapitre 5

99

Figure 5.1 : Graphique normali-

sé illustrant les GFlops par PIB

(par capita) et quelle place

nous devrions occuper en 2006

si les recommandations de ce

PLT sont adoptées15,16,

l’échelle locale. Bien entendu, un investissement de

soutien de l’installation est nécessaire pour accueil-

lir ce personnel. Cet investissement est important

compte tenu du contexte géographique et de la

répartition des compétences (par ex. dans les

domaines techniques, de gestion, de l’administra-

tion de systèmes et de programmation) nécessaires.

Le tableau 5.3 indique les ressources humaines

nécessaires pour appuyer les fournisseurs de

ressources de CHP. Nous dirigeons le lecteur vers le

chapitre 3 de ce rapport pour une analyse des types

de personnel technique nécessaires.

Le budget de l’infrastructure humaine d’Environne-

ment Canada (et d’autres sites majeurs de CHP) est tout

à fait à l’opposé des ressources très limitées (~1 000 000 $

par année) présentement offertes dans le cadre du

Programme de soutien des analystes techniques (PSAT)

et d’autres subventions d’Accès aux installations

majeures (AIM) offertes par le CRSNG à l’appui du CHP.

Ces subventions et le financement d’exploitation

soutenu par la FCI (environ 6 000 000 $ par année en

moyenne), sont les seuls mécanismes de soutien offi-

ciels pour les coûts relatifs aux ressources humaines et à

l’exploitation du CHP au Canada. Cette insuffisance de

fonds s’est traduite par un petit bassin d’expertise

disponible et représente un problème sérieux compte

tenu du temps que ça prend pour obtenir les compé-

tences requises et pour former le personnel. Le manque

de financement stable a aussi entraîné l’exode de per-

sonnel vers d’autres pays capables d’offrir un soutien

salarial soutenu et concurrentiel.

En plus des services précieux que procure le person-

nel technique (les programmeurs, les analystes,

etc.), il sera essentiel d’offrir aux chercheurs et à

leurs étudiants : 1) la formation, 2) l’information sur

les services disponibles, 3) le soutien pour la

recherche et les partenaires de l’industrie en asso-

ciant les besoins de recherche aux ressources, et 4)

l’aide dans la mise en œuvre, l’affectation des

ressources, le personnel et les activités de mainte-

nance avec chaque fournisseur. Les ressources

proposées offriront aux fournisseurs de

ressources de CHP le bassin d’expertise essentiel

pour utiliser de façon efficace les investissements

canadiens en matière de CHP.

Ressources opérationnelles (les installations)

Les coûts des installations pour le fonctionnement

d’un centre de CHP ont connu une hausse considé-

rable au cours des quelques dernières années, prin-

cipalement en raison de l’augmentation du prix de

l’électricité. Ces systèmes sont énergivores et ils

nécessitent un équipement de refroidissement

élaboré. En outre, il y a aussi les autres coûts appré-

ciables mentionnés précédemment, tels les réseaux,

l’archivage des données, la sécurité, une alimenta-

tion sans coupure et ainsi de suite. Selon la configu-

ration de matériel achetée, les dépenses totales

pour les installations peuvent varier; cependant, un

sondage auprès des fournisseurs de ressources de

CHP canadiens indique que ces coûts opérationnels

annuels représentaient plus ou moins 15 % de l’in-

vestissement annualisé en matériel.

Chapitre 5

100

« Les organismes gouvernementaux chargés du

supercalcul devraient accroître leurs niveaux

d’investissement multi-agences stable, solide et

soutenu dans la recherche fondamentale.

Davantage de recherche est nécessaire dans

toutes les technologies clés pour la conception

et l’utilisation de superordinateurs (architec-

ture, logiciels, algorithmes et applications) ».

Recommandation 6 du comité américain sur l’avenir

du supercalcul (National Research Council) dans leur

publication intitulée Getting Up to Speed: The

Future of Supercomputing

15 Les statistiques de calcul proviennent du site Top500.org, etdes chiffres de PIB de 2003 du CIA World Factbook 2004.

16 La figure illustre la position que pourrait occuper le Canadasi les investissements canadiens proposés pour l’année 2006étaient réalisés. Elle ne tient pas compte du fait que cespays continueront également d’accroître leurs investisse-ments en matière de CHP.

17 Il est important de noter que le personnel qui serait financépar cette proposition ne travaillera pas pour des chercheursindividuels. Les chercheurs canadiens seront responsables dufinancement de leurs propres programmes de recherche.Cependant, le personnel de CHP sera capable de garantirque ces chercheurs ont accès au milieu de la recherche cana-dienne axée sur le CHP et qu’ils peuvent en tirer profit.

On doit considérer ce chiffre comme spéculatif en

raison du marché instable de l’énergie. En se fon-

dant sur les tendances actuelles et la hausse des

immobilisations, nous prévoyons que les dépenses

pour les installations passeront de 7 millions $ de

nos jours (2004) à 10 millions $ par année d’ici 2012

telles qu’illustrées dans le tableau 5.4. (Ces données

tiennent compte de prix de l’énergie stables).

IMPACT Canada : Coordonner lesbesoins en matière de CHP d’un bout à l’autre du pays

Nous prévoyons qu’IMPACT Canada aura de nom-

breuses responsabilités, y compris la coordination

nationale du CHP, les relations avec les gouverne-

ments et les industries, le leadership technique en

matière de CHP, la promotion du CHP, l’établisse-

ment d’une présence nationale et internationale,

de même que l’élaboration et la diffusion de docu-

ments de sensibilisation et de formation.

L’organisme aura un mandat à trois volets pour

l’établissement de rapports (passé), l’élaboration de

plans d’affaires (court terme) et la création de plans

stratégiques (avenir). À priori, nous prévoyons dix

employés dirigés par un directeur général qui se

rapportera à un conseil d’administration. En trois

ans, nous prévoyons ajouter 9 employés, principale-

ment du personnel technique. Cela nécessite un

investissement spécialisé passant de 1 million $ par

année d’ici 2006 à 2 millions $ par année d’ici 2009.

Chapitre 5

101

Tableau 5.3 : La moyenne du personnel nécessaire à l’appui efficace d’une installation

de CHP ainsi que le coût total

Type de poste 2006 2009 2012

Direction 1 1 1

Administration 1,5 2 2

Personnel technique de CHP 14,5 16 17,5

Communications et sensibilisation 1 1 1

Formation 2 2 2

Total des postes 20 22 23,5

Nombre de fournisseurs de ressources* 8 8 8

Moyenne des salaires et avantages (augmentation de 2 % par année au-delà 80 000 $ 84 900 $ 90 000 $du coût de base de la vie)

Montant total pour les ressources humaines** 13 000 000 $ 15 000 000$ 17 000 000$

* Nous avons intégré les fournisseurs de ressources des universités uniques en une seule installation puisqu’ils sont petits par rapport aux six autres qui soutiennent chacun plusieurs universités. L’installation haut de gamme est selon toute probabil-ité incluse comme un fournisseur de ressources.

** Tous les chiffres sont en dollards de 2004

Table 5.4 : Résumé des coûts pour les installations

Année 2006 2009 2012

Coûts pour les installations* 8 000 000 $ 9 000 000 $ 10 000 000 $

* 2004 dollars

Recommandation pour le financement

La stratégie de financement du CHP que nous pro-

posons permettra aux universités canadiennes et à

leurs partenaires et collaborateurs d’obtenir l’accès

à des ressources de CHP compétitives. Ces res-

sources traiteront des besoins immédiats en

matière de CHP, tout en permettant au Canada de

maintenir sa capacité de recherche.

5.1 Nous recommandons fortement l’élaboration

d’une enveloppe de financement à long terme

à l’appui du CHP au Canada. Nous prévoyons

que ce financement pourrait s’échelonner sur

six ans comme le démontre le tableau 5.6 :

L’analyse ne tient pas compte de toutes les proposi-

tions de moins grande envergure axées sur le calcul

qui sont actuellement financées par la FCI. Si le plan

à long terme doit inclure ces coûts également, les

ressources qui leur sont allouées devront être

majorées de 10-15 %.

Mécanismes proposés pour diffuserl’information sur le financement

L’allocation de fonds de CHP devrait s’appuyer sur des

propositions périodiques qui démontrent clairement

l’excellence (la recherche internationale compétitive),

l’importance (intellectuelle, économique ou sociétale)

ainsi que la compatibilité et la coordination avec les

capacités de calcul de par le Canada. Il y a plusieurs

manières de mettre en œuvre ce nouveau programme

à l’aide de mécanismes existants, par exemple : 1)

affecter de nouveaux fonds dans le cadre du pro-

gramme de la FCI ou d’une initiative spéciale de trois

conseils tels que la direction du programme des chaires

de recherche du Canada; ou 2) établir une enveloppe

de financement distincte à IMPACT Canada.

Indépendamment du mécanisme, il est essentiel qu’il y

ait une enveloppe de financement distincte pour cou-

vrir à la fois les immobilisations et les fonds d’exploita-

tion (les coûts de l’infrastructure humaine et des instal-

lations) puisqu’ils sont intrinsèquement liés.

Nous croyons que l’initiative de financement à long

terme devrait être réévaluée aux cinq ans dans le

cadre d’un examen national sur la compétitivité de

recherche internationale du Canada. Des examens

des dépenses en matière de CHP ainsi qu’une veille

technologique seraient entrepris séparément par

IMPACT Canada de façon plus régulière. Les critères

d’évaluation de la performance suivants doivent

être pris en compte pour cet examen : l’excellence

Chapitre 5

102

Tableau 5.5 : IMPACT Canada – Nombre de postes

Type de poste 2006 2009 2012

Directeur général 1 1 1

Administration 1 2 2

Personnel technique de CHP 6 14 14

Communications et sensibilisation, personnel de formation 2 2 2

Total des postes 10 19 19

Moyenne des salaires et avantages* 80 000 $ 85 000 $ 90 000 $

Coûts opérationnels ** 200 000 $ 300 000 $ 300 000 $

Total des coûts de personnel 1 000 000 $ 1 900 000 $ 2 000 000 $

* Tous les chiffres sont en dollars de 2004. Les augmentations comprennent par exemple, les échelons selon le mérite (2 % par année au-delà du coût de base de la vie)

** Les coûts opérationnels associés aux postes. Cela comprend les déplacements, les documents de formation, les activités de sensibilisation, les mises à niveau mineures, etc. Par exemple, un atelier de formation d’une fin de semaine pour 25 à 40personnes peut être de l’ordre de 40 000 $. Toutes les activités actuelles de C3.ca sont subsumées.

académique (les publications revues par un comité de

lecture, les prix nationaux et internationaux ainsi que

le maintien et le recrutement du personnel de fac-

ulté); le nombre de personnes qualifiées produites

(étudiants diplômés, boursiers postdoctoraux, techni-

ciens et associés de recherche); ainsi que les impacts

sociaux et économiques (brevets, essaimages, collab-

orations et partenariats industriels, transferts tech-

nologiques, meilleure infrastructure publique, résul-

tats positifs sur la santé et activités de sensibilisation).

L’examen devrait également tenir compte des réper-

cussions des investissements en matière de CHP sur la

compétitivité internationale du Canada.

Nous prévoyons que ces installations obtenues par

l’adoption des recommandations de ce plan à long

terme répondront à la majorité des besoins en

matière de CHP (petits et grands), et réduiront

quelque peu la pression exercée sur la FCI et les con-

seils subventionnaires. Nous reconnaissons que

toute demande de CHP doit être évaluée en déci-

dant tout d’abord si les installations de CHP exis-

tantes pourraient déjà satisfaire le besoin.

Cependant, nous reconnaissons également que cer-

tains chercheurs demanderont de l’équipement de

calcul de haute performance spécialisé à la FCI ou

aux organismes de financement des trois conseils,

demandes qui ne s’inscrivent pas bien dans le mode

de production régulier des installations de CHP pro-

posées. Dans de telles situations, les programmes de

recherche auront besoin d’avoir leur propre

équipement. Ce qui nous mène à la recommanda-

tion suivante :

5.2 Nous recommandons que les demandes de

financement pour les ressources informa-

tiques de CHP soient évaluées dans le con-

texte de ce qui peut être fourni par les instal-

lations de CHP existantes, qu’il s’agisse d’ins-

tallations de consortiums polyvalents ou spé-

cifiques au domaine, de façon à assurer l’utili-

sation la plus rentable des investissements en

CHP. Les demandes qu’on ne peut raisonnable-

ment satisfaire à l’aide de l’infrastructure exis-

tante devraient faire valoir leur bien-fondé

Chapitre 5

103

Tableau 5.6 : Répartition du financement en matière de CHP de 2006 à 2012

Année 2006 2009 2012

(Financement en millions $1)

Immobilisation de CHP : Consortium 44+13* 49+14.5* 54+16*

Installation haut de gamme (à échelle téra) 10+3* 12+3.5* 14+4*

Opérations de CHP : Infrastructure humaine 13+4* 15+4.5* 17+5*

Installations 8 9 10

IMPACT Canada 1 2 2

Total de la contribution publique : 76 87 97

Total de la contribution industrielle* 20 22.5 25

1 En dollars de 2004 (sans tenir compte de l’inflation)

* Contribution industrielle

« Dans un pays ou une région qui ne possède pas les installations de CHPadéquates, les scientifiques et ingénieurs se démèneront pour concurrencer avec leschercheurs de pointe des autres pays etcertains d’entre eux iront vers d’autres paysqui offrent les installations à l’appui de leurs travaux. »

– Projet de calcul de haute performance australien,

étude de faisabilité et de capacité pour le nœud

régional Illawarra.

pour des sources existantes de fonds, tels que

les enveloppes conventionnelles de la FCI ou

les fonds alloués à l’équipement de la part des

conseils subventionnaires.

Nous recommandons que les demandes de finance-

ment pour les ressources informatiques de CHP

soient évaluées dans le contexte de ce qui peut être

fourni par les installations de CHP existantes, qu’il

s’agisse d’installations de consortiums polyvalents ou

spécifiques au domaine, de façon à assurer l’utilisa-

tion la plus rentable des investissements en CHP. Les

demandes qu’on ne peut raisonnablement satisfaire

à l’aide de l’infrastructure existante devraient faire

valoir leur bien-fondé pour des sources existantes de

fonds, tels que les enveloppes conventionnelles de la

FCI ou les fonds alloués à l’équipement de la part des

conseils subventionnaires.

Résumé

Le financement du CHP au Canada doit satisfaire aux

besoins pour une infrastructure de milieu de gamme

et une infrastructure avancée de CHP, pour des

investissements dans le personnel et les opérations,

de même que l’établissement d’IMPACT Canada. Le

financement doit tenir compte de la nécessité d’un

financement stable et soutenu pour permettre la

planification à long terme, l’évolution des besoins,

les demandes de la part de l’industrie et une

approche coordonnée.

Dans ce chapitre, nous avons tracé les grandes lignes

des besoins du Canada quant au financement du

CHP pour les 8 prochaines années, dans le contexte

de dimensions de financement importantes : la

continuité, la croissance, une infrastructure de

recherche compétitive, les dépenses en capital et

dans l’exploitation ainsi que la planification pour

l’avenir. Nous prévoyons que le Canada doit investir

76 millions $ par année en 2006, investissement qui

connaîtra une hausse annuelle pour atteindre

jusqu’à 97 millions d’ici 2012, dans les infrastructures,

les ressources humaines et opérationnelles. Ces

ressources procureront aux chercheurs canadiens de

par le pays les outils dont ils ont besoin pour exceller

et permettront d’assurer une continuité quant au

développement et à la mise en œuvre essentielle à

leur réussite.

Le CHP n’est pas une lubie passagère. Comme nous

l’avons montré dans les chapitres précédents, la

technologie est devenue envahissante, passant

d’une poignée de sites de CHP dans le monde en

1984 à des milliers de nos jours. De plus, dans la

dernière décennie l’industrie a adopté la technolo-

gie. Le nombre d’entreprises sur la liste des 500

meilleurs est passé de 3 % en 1994 à plus de 50 %

de nos jours. Ces entreprises couvrent toute la

gamme des produits et services, y compris les

domaines traditionnels de produits de CHP tels que

l’automobile, l’aéronautique et le pétrole, de

même que les domaines non traditionnels du diver-

tissement, des services financiers et du commerce.

Le calcul de haute performance est un outil uni-

versel, un laboratoire de recherche virtuel partagé

et rentable pour tous les domaines de la recherche

et du développement qui supportent une diversité

grandissante d’applications.

Le Canada lui-même tirera profit non seulement des

résultats de recherche obtenus grâce à cet investisse-

ment, mais aussi des emplois et de l’expertise qui en

découlent. Le Canada doit par conséquent continuer

à investir stratégiquement et efficacement en vue de

maintenir nos atouts en matière de recherche axée

sur le CHP et de maximiser les avantages des

investissements déjà effectués. Omettre d’investir

maintenant nuira à la future compétitivité écono-

mique et de recherche du Canada.

Chapitre 5

104

« Obtenir un levier financier des efforts nationaux… Le Congrès doit fournir un financement adéquat et soutenu ».

Recommandation 1 du comité américain sur l’avenir du supercalcul (National Research Council) dans sa

publication intitulée Getting Up to Speed: The Future of Supercomputing

105

Étude de cas

Le CHP aide à combattre des épidé-mies parmi les populations humaines

Alors que l’été arrive en Amérique du Nord,on prévoit que le virus du Nil occidentalcausera l’étendue de la maladie et des

problèmes neurologiques chroniques. Les moisd’été s’accompagneront aussi de problèmes accrusavec le paludisme en Amérique du Nord et d’autrespays développés tandis que le réchauffement duglobe annonce des changements fondamentauxdans les écosystèmes de notre planète. En Afrique,la méningite bactérienne atteint des proportionsépidémiques. Il est très préoccupant que les antibio-tiques (les agents miracles du 20ème siècle) perdentde plus en plus de leur efficacité contre les microor-ganismes. Le spectre du SRAS (syndrome respira-toire aigu sévère), ainsi que les quarantaines corres-pondantes des hôpitaux font ressortir l’importanceimminente des maladies infectieuses sur la santé denotre pays et de notre planète.

L’Organisation mondiale de la Santé a identifié lesmaladies infectieuses comme le plus grand défi pourla santé mondiale. Un récent rapport du NIH identifiedes résistances aux antibiotiques conventionnels et lanécessité pour de nouveaux antibiotiques. Les rap-ports To Market, To Market de la American ChemicalSociety (qui documente tous les nouveaux médica-ments introduits annuellement à l’usage deshumains) attestent de cette situation et révèlent quela majorité des « nouveaux » antibiotiques qui sontdéveloppés par les sociétés pharmaceutiques conti-nuent en grande partie d’être des dérivés de la péni-

cilline et de la céphalosporine. Une étude deKalorama Information (The Worldwide Market forAntibacterial Drugs) conclut qu’il n’y a eu qu’unenouvelle catégorie d’antibiotiques au cours des 30 dernières années (les oxazolidinones) et qu’il y aune demande considérable pour de « nouveaux »antibiotiques sur ce marché de 30 milliards $.

Le CHP permet aux scientifiques canadiens de s’atta-quer à ces enjeux cruciaux en matière de santé mon-diale. Par le biais de la modélisation et des simula-tions informatiques, les chercheurs peuvent mieuxcomprendre le séquençage génétique des humainset la manière dont ces séquences réagissent face àde dangereux pathogènes. Grâce à l’analyse de cesmodèles et séquences, les scientifiques souhaitentélaborer de meilleures stratégies de contrôle pourlutter contre les maladies infectieuses.

Le CHP doit être soutenu pour stimuler les mé-thodes de recherche en vue de contenir ou d’éradi-quer des maladies infectieuses comme le SRAS.Nous dépensons des millions de dollars pourprévenir et traiter la rougeole et autres maladiesinfectieuses mais nous avons besoin de soutien pours’assurer que les installations de recherche possè-dent les outils nécessaires au développement devaccins pour empêcher les éclosions. Le CHP joue unrôle fondamental dans la lutte contre ces maladiesredoutées. Cette recherche peut devenir une réalitéen matière de santé mondiale en appuyant lesressources de CHP au Canada pour permettre que larecherche se poursuive afin de découvrir des façonsde prévenir ou de traiter les maladies les plus préoc-cupantes du monde.

« La diffusion rapide de la séquence dugénome du SRAS sur Internet a permis à desgroupes de par le monde de participer àl’analyse computationnelle du génome et à lamodélisation 3D des séquences protéiques.Cela s’est traduit par un nombre inégalé depublications scientifiques et d’initiatives pourtrouver un vaccin seulement un an après ladécouverte de cette nouvelle maladie. »

Dr Steve Jones

Chef de la bioinformatique

Genome Sciences Centre

Directeur de la bioinformatique de Genome BC

Université de la Colombie-Britannique

Ce diagramme illustre la constitution génétique du chromo-

some humain, présentant les gènes et autres renseigne-

ments critiques. Les graphes permettent aux scientifiques

d’étudier l’information génétique à partir de chromosomes

humains dans l’espoir de mieux comprendre et de dévelop-

per des vaccins pour lutter contre les maladies infectieuses,

comme le SRAS, qui a eu une incidence considérable sur les

humains dans les deux dernières années.

106

Étude de cas

Aider les Canadiens à mieux respirer grâce au CHP

Respirer est vital pour l’humain. Au Canada,environ 11 % des enfants souffrent d’asthme etcomptent beaucoup sur l’envoi vers les

poumons de médicaments leur permettant de pour-suivre leurs activités quotidiennes. Un problème posépar ce type de dispensation des médicaments respira-toires est la perte occasionnée en raison du dépôtdans la bouche et la gorge. Si l’efficacité de l’envoivers les poumons pouvait être améliorée, il s’agiraitd’un avantage de santé majeur pour tous lesCanadiens qui souffrent d’insuffisance respiratoire.

Comment améliorer la dispensation des médicamentsen vue d’accroître l’efficacité du traitement desmédicaments respiratoires? Par le biais de la dyna-mique numérique des fluides (DNF), les chercheurs ontun meilleur aperçu des raisons pour lesquelles lesmédicaments se rendent difficilement vers lespoumons grâce aux simulations. Ces simulations four-nissent des données qui peuvent aider les médecins etles sociétés pharmaceutiques à élaborer de meilleurstraitements respiratoires. De plus, la DNF minimise lerecours à des humains pour les essais.

Une meilleure dispensation des médicaments auxpoumons ne peut s’effectuer que par l’évaluation desbonnes données produites par l’infrastructure de cal-cul de haute performance. Ces simulations doiventêtre produites de manière opportune pour êtreestimées à leur juste valeur par les médecins et l’indus-trie pharmaceutique. Pour ce faire, il faut avoir accèsaux meilleurs environnements de calcul.

La DNF est un catalyseur important pour les fabricantsde CHP et de dispositifs connexes. Le Canada doitinvestir dans des installations de calcul de classe mon-diale s’il veut continuer à être un chef de file dans latechnologie de DNF et de son utilisation accrue au seinde l’industrie. En fait, la DNF est utilisée tous les joursdans presque toutes les industries du Canada :aéronefs, moteurs d’aéronef, la production d’énergie ycompris les réservoirs de carburant, les automobiles, lesindustries pétrochimiques, de l’acier et de l’aluminium.

Le CHP permet à bon nombre de ces industries d’êtrecompétitives à l’échelle internationale. Plus importantencore, les universités continuent de servir d’incuba-teurs pour les applications d’usage commun de nosjours et elles continuent d’inventer de nouvelles appli-cations utilisées dans de nouveaux domaines tels queles technologies à l’échelle nanométrique. La de-mande pour des personnes ayant une expertise deDNF continue d’augmenter.

« À titre de fournisseur de produits de DNFet particulièrement pour les clients que nousavons de par le monde, le Canada a unbesoin important d’un plus grand bassin de personnes hautement qualifiées et deressources informatiques à la fine pointe dela technologie. »

Dr Jeff Van Doormaal

Chef d’équipe, développement de produits

ANSYS Canada Ltd

et fondateur de Advanced Scientific Computing Ltd.

Modèle de DNF de l’inhalation par le biais d’un simple

aérosol-doseur. [REF 34]

107

Étude de cas

Révéler le langage de la vie

Pouvez-vous imaginer recevoir des traitementsmédicaux personnalisés précisément selonvotre constitution génétique? Ne pas avoir à

vous inquiéter au sujet d’une mauvaise réaction àune ordonnance? Que votre taux de cholestérol soitéquilibré?

La détermination de la séquence du génome humainest considérée comme la réalisation scientifique deloin la plus importante du 20ème siècle. De nos jours, lesscientifiques prennent les mesures expérimentales,computationnelles et théoriques nécessaires pourexploiter l’information sur la séquence du génomeafin de mieux comprendre les causes des maladies etdes virus ainsi que le code génétique humain. Celadonne lieu à la prise d’informations génétiques, à ladécouverte de fragments, de même qu’à leur organi-sation et réagencement—de façon à offrir des inter-ventions médicales et de la prévention pour promou-voir le bien-être au Canada.

Une recherche si audacieuse représentera une des plusgrandes réalisations de notre siècle. Elle ne pourrait êtreentreprise sans une puissance de calcul considérable.Essayer manuellement de décoder et de comprendre lecode génétique est pratiquement impossible. Lesressources du calcul de haute performance sont essen-tielles pour les chercheurs canadiens afin qu’ils puissentélargir une base de données génétiques précieuse, enfaçonnant l’équivalent physiologique d’un alphabet, desegments de texte et de phrases. Le défi continu estd’assembler ces lettres, phrases et segments de textedans le langage de la vie.

Alors pourquoi cette percée est-elle significative?Parce que la découverte du code génétique — et la

recherche génomique qui s’ensuit — permet ledéveloppement opportun de vaccins pour combattredes virus tel le SRAS, le développement de traite-ments contre les cancers, la fibrose kystique et leVIH/sida et peut même prévenir les ACV et introduirela thérapie génique. Les avantages de ce programmesont véritablement stupéfiants pour la santé, lebien-être et la productivité des Canadiens et del’ensemble de notre société. Appuyer nos chercheurscanadiens en génomique équivaut à soutenir notrefutur bien-être ainsi que la viabilité économique denotre système de soins de santé au Canada.

La population du Canada est vieillissante et grâce àla puissance des ressources de CHP ainsi qu’à lacapacité de mettre en valeur l’information géné-tique, nous pouvons découvrir, créer et développercertaines des meilleures techniques, médications etstratégies préventives à l’appui de notre populationvieillissante. Les soins de santé font la fierté duCanada et en alliant la recherche et le développe-ment en génomique avec les ressources du calcul dehaute performance nous pouvons offrir les meil-leurs services de soins de santé possibles à tous lesCanadiens.

« Le corps humain est sans aucun doute la machine la plus complexe jamais créée. Les chercheurs engénomique relèvent le défi d’éclaircir comment celas’organise et fonctionne. Le calcul de haute perfor-mance joue un rôle de premier plan dans cetterecherche. Sans une infrastructure de calcul très sophis-tiquée, la recherche en génomique serait impossible. »

Dr Christoph Sensen

Professeur de biochimie et de biologie moléculaire

Université de Calgary

Par le biais de la visualisation de la génomique, les

chercheurs sont capables de comprendre les liens entre le

code génétique et les fonctions du corps humain. En visua-

lisant ces fonctions génomiques, les chercheurs peuvent

identifier des problèmes potentiels en génétique et leurs

impacts sur la physiologie humaine.

108

Étude de cas

La surfusion des liquides à l’aide du supercalcul

La solidification est un processus familier etimportant. L’eau refroidit pour devenir de laglace. Les silicates fondus sont mélangés dans

le four d’un souffleur de verre puis refroidis pourcréer des articles de verre. La glace et le verre sontdes solides familiers mais plutôt différents quant àleur structure moléculaire. La glace est comme uncristal, un éventail régulier de molécules; le verreest un solide amorphe, un éventail aléatoire etchaotique de molécules (consultez la figure).Pourquoi un liquide peut créer un matériau ordon-né tandis que l’autre non?

Curieusement, la réponse à cette question fonda-mentale continue d’être sujet à discussions parmi lesphysiciens, chimistes et ingénieurs en matériaux. Unmoyen général de prévoir la structure et les carac-téristiques du matériau créé en solidifiant un liquideparticulier n’existe pas encore. Pratiquement tousles liquides sont au moins momentanément « en sur-fusion » avant de se solidifier, c’est-à-dire qu’ils ontune température inférieure à la température defusion de la forme cristalline. Donc, pour compren-dre la solidification, il faut comprendre les liquidesen surfusion sur le plan moléculaire, tout en souli-gnant spécialement la manière dont la structure etles caractéristiques sont touchées par les moléculesqui s’entrechoquent et qui interagissent selon diffé-rentes conditions menant à la solidification.

Les ressources de calcul de haute performance pro-curent un laboratoire virtuel idéal pour obtenir uneimage microscopique détaillée de ces processus.

Les systèmes modèles de milliers de molécules –étudiés dans des milliers de conditions différentes –permettent l’essai de théories sur la solidification etaussi de clarifier de nouveaux résultats expérimen-taux. Essentiellement, les simulations de CHP per-mettent également l’exploration de conditionstotalement nouvelles qui n’ont pas encore étéexaminées en théorie ou explorées en pratique.

L’objectif est de prévoir et ultimement contrôler leprocessus de la solidification du cristal et du solideamorphe. Cela est essentiel pour permettre larecherche et le développement qui de nos jours estexpérimental mais qui dans cinq ans pourraaccroître la qualité de la production et la créationde nouveaux matériaux industriels.

« Les simulations informatiques qui utilisent lesinstallations de CHP sont un outil important pourles Canadiens qui cherchent à créer de nouveauxmatériaux. En ce qui concerne le problème de lasolidification, la recherche axée sur le CHPreprésente véritablement le seul moyen d’étudieren détail les mouvements moléculaires qui survien-nent durant la solidification, et d’explorer lesgammes de températures et de pressions présente-ment inaccessibles pour les expériences. Les résul-tats sont essentiels pour faire l’essai de théoriesconcurrentielles et pour nous permettre de mieuxprévoir et contrôler le processus de solidification ».

Dr Peter Poole

Canada Research Chair in Modeling

and Computer Simulation

Professor of Physics

St. Francis Xavier University

Une structure ordonnée et cristalline de la glace, telle que

modelée par les simulations informatiques. Les sphères

rouges sont des atomes d’oxygène tandis que les

sphères blanches sont des atomes d’hydrogène.

Une structure solide amorphe et chaotique de verre de silice,

telle que modelée par les simulations informatiques. Les

sphères rouges sont des atomes d’oxygène tandis que

les sphères grises sont des atomes de silicone.

109

Étude de cas

Repousser les limites du CHP pour comprendre l’univers

Les physiciens des particules cherchent la struc-

ture fondamentale de la matière depuis des

décennies. Par exemple, les physiciens

cherchent le mécanisme responsable de la produc-

tion de la masse de particules élémentaires et par

conséquent de toute matière, et cherchent à com-

prendre pourquoi il y a davantage de matière que

d’antimatière dans l’univers. Cette recherche aborde

des questions fondamentales relatives à notre

univers et permettra d’éclaircir ses origines et son

éventuel destin.

Les expériences en physique des particules utilisent

des capteurs très sophistiqués pour essentiellement

prendre une photo des résultats de collisions sub-

atomiques. La réaction de ces capteurs est enre-

gistrée pour chaque collision de façon à pouvoir

« rejouer » l’expérience encore et encore à l’aide de

techniques d’analyse toujours meilleures.

Le Canada participe activement à ce domaine dans le

cadre du projet LHC/ATLAS qui représente un

investissement de plus d’un milliard de dollars de la

part du milieu international de la recherche pour

construire le collisionneur proton-proton le plus puis-

sant au monde. Les ressources de calcul de haute per-

formance nécessaires pour analyser les collisions du

capteur ATLAS seront considérables. Nous prévoyons

que le capteur ATLAS produira plusieurs pétaoctets

de données par année. Aucun site unique de CHP de

par le monde ne peut fournir le stockage, la gestion

et l’analyse de ces données. Le projet a plutôt adop-

té la solution nouvelle de créer un collectif computa-

tionnel mondial, avec de nombreux pays qui con-

tribuent des ressources informatiques considérables.

Cette recherche donne au monde un aperçu de la

nature fondamentale de notre univers. Comme tel, il

s’agit d’un des plus grands défis intellectuels de

notre temps et le Canada peut être au premier plan

de la recherche à l’appui de ces découvertes.

En prime, cette recherche peut

mener à des développements

économiques dans les produits

technologiques. Les expériences

en physique des particules

repoussent les limites de la

technologie et se traduisent par

de nouveaux produits et de nou-

velles techniques à usage varié

dans la société. À titre d’exemple

on trouve les outils de diagnostic

médical tels que la tomographie

par émission de positons (TEP),

des traitements pour lutter con-

tre le cancer à l’aide de la radiation, l’utilisation de

techniques par radiofréquence pour sécher rapide-

ment le bois d’œuvre et peut-être l’essaimage le plus

connu de la physique des hautes énergies, le World

Wide Web.

« Le calcul de haute performance est un outilessentiel utilisé dans l’analyse de données dephysique des hautes énergies. La taille desensembles de données des expériences à venirsera sans précédent, nécessitant une grille inter-nationale d’installations de CHP. Le CHP est l’undes outils habilitants pour découvrir les secretsde la structure fondamentale de notre univers. »

Dr Mike Vetterli

Professeur de physique

Université Simon Fraser et TRIUMF

Schéma du capteur ATLAS. Ses dimensions sont les sui-

vantes : 25 mètres de diamètre, 46 m de long et un poids

de 7 000 tonnes. On peut avoir un aperçu de la taille

d’ATLAS en regardant les petites formes vertes à la base du

capteur, ces formes sont des personnes.

110

Étude de cas

Le CHP dans l’industrie de la création de contenu numérique

Le Canada est un chef de file mondial en infogra-phie et il est bien représenté par la rechercheuniversitaire et les sociétés de logiciels pour

applications industrielles. Alias, Side Effects etSoftimage sont les modèles de réussite canadiens lesplus important à l’échelle internationale sur le marchédes outils logiciels 3D, qui se complètent désormaispar une expertise artistique, technologique et de pro-duction pour la réalisation de longs métrages.

Le Canada est déjà une destination « côtière » pourles productions avec scènes réelles et en 2003, l’in-dustrie des films d’animation à imagerie générée parordinateur (IGO) a fait son entrée à Toronto avecC.O.R.E. et IDT présentant des productions à IGO. Dela même manière que le personnel technique com-pétent et le talent artistique incitent les producteursà tourner des scènes réelles au Canada, la disponibi-lité de studios de production convenables attirera lesfilms à IGO pour la production côtière.

Une grappe de calcul typique ou « complexe dereproduction » pour les films à IGO se compose deplus de 500 machines biprocesseurs. Chaque cadred’une animation à résolution du film peut prendreentre 2 à 4 heures à calculer. Si un film à IGO typiquedure 80 minutes, alors il faut calculer 115 200 cadresX 3 heures/cadre = 14 400 jours de temps de traite-ment (sur une seule unité centrale) pour une seuleitération. Chaque itération ajoute progressivement àla qualité finale de l’IGO. Bien qu’il y ait de nom-breuses autres industries qui nécessitent de grandespuissances de calcul, la taille des données est

généralement petite par rapport aux données IGOphotoréalistes de pointe. Un simple plan avec demultiples personnages et effets peut nécessiter 100 à 1 000 gigaoctets d’espace disque (comprenantles données d’entrée et les cadres de sortie repro-duits). Avec en moyenne 1 500 plans photoréalistesde pointe dans un film de 80 minutes, les besoinssont énormes en ce qui touche à l’infrastructure etla période de récupération est limitée à la durée dufilm (habituellement 2-3 ans, suite à quoi l’infra-structure sera entièrement rajeunie).

Un débit supérieur signifie que les artistes et tech-niciens peuvent exécuter plus d’itérations d’unplan donné, occasionnant ainsi un produit final demeilleure apparence. Plus un complexe peut exé-cuter d’itérations et plus la vision créative dudirecteur sera réalisée. Tandis que les audiencesdeviennent plus sophistiquées, le directeur exigeconstamment de plus en plus d’animation et dereproduction réalistes, de même que des effetsvisuels. Cela s’accomplit grâce au talent artistiquefacilement disponible (particulièrement auprès duprogramme d’animation informatique reconnumondialement du Sheridan College) et aux scien-tifiques en infographie qui doivent créer des codespersonnalisés pour les effets visuels et autres élé-ments spécialisés pouvant accroître le réalisme(par ex. des vagues et des embruns océaniquesdans le film En pleine tempête) ou la nouveauté(par ex. l’effet des balles dans La Matrice) d’uneséquence donnée. Pour être au premier rang de cemarché, nous devons offrir des solutions de calculflexibles et puissantes qui soutiennent la créationde l’imagerie la plus réaliste dans le plus court délai.

« L’accès au CHP est un prérequis pour

les films d’animation par ordinateur.

Puisque le marché des films à IGO

évolue rapidement, plus que la

moyenne de croissance annuelle de

35 % sur l’ensemble du marché du

contenu numérique, les entreprises

comme C.O.R.E. font face à un marché

très compétitif qui cherche des ressources

quelque peu difficiles à trouver. »

Tom Burns

Core Feature Animations, Toronto

Foire aux questions (FAQ)

111

Foire aux questions (FAQ)

Les enjeux soulevés par les questions suivantes sont traités en détail dans le

texte du présent rapport. Ils sont énumérés ici afin d’illustrer la raison

d’être essentielle du rapport. Nous fournissons les références aux sections

qui abordent ces questions (par ex. S2 – Section 2 du Sommaire; C2 – Chapitre 2).

Si le CHP est si avantageux, pourquoi l’industrie ne peut-elle soutenirl’infrastructure?

Les industries élaborent des applications raisonnées à partir de recherches uni-

versitaires fondamentales et dictées par la curiosité. Peu de sociétés peuvent se

permettre d’investir dans cette phase initiale critique de découverte.

De plus, bon nombre d’applications de CHP sont du domaine public : l’infra-

structure (les transports), les mégasciences (la météorologie, l’astronomie, la

physique), les compétences gouvernementales (les pêches, la santé, l’éduca-

tion). Un plus grand appui du domaine public au CHP serait principalement une

responsabilité du gouvernement.

(Sections pertinentes : Étude du cas de Neurochem, « Un jour »)

Pourquoi les chercheurs ne peuvent-ils demander du financementpour le CHP par le biais de mécanismes existants?

Il existe certains mécanismes de financement pour les infrastructures de CHP de

milieu de gamme (par ex. la FCI) mais il n’y a aucune coordination à long terme

pour une stratégie nationale de CHP qui supervise l’équipement, le personnel et

l’infrastructure, tout en établissant les liens entre les gouvernements, les univer-

sités et l’industrie. Il n’y a pas de mécanisme visant à concrétiser l’investissement

de grande envergure nécessaire pour une installation de CHP haut de gamme au

Canada. En dernier lieu, l’échelle de temps rapide requise pour rajeunir la tech-

nologie ne convient pas aux mécanismes de financement actuels.

(Sections pertinentes : S2 ; S3 ; C3-Financement pour le personnel de soutien du

CHP ; C4 au complet ; C5 Introduction)

Pourquoi ne pouvons-nous pas relier plusieurs ordinateurs de bureau bonmarché et incroyablement puissants pour résoudre les grands problèmes?

Cette solution est possible si on peut répartir le problème en de nombreuses

composantes autonomes qui peuvent chacune être traitées par un seul ordina-

teur de bureau. Cependant, de nombreuses applications importantes de

recherche ne peuvent tout simplement pas être échelonnées ainsi puisqu’elles

ont des besoins d’unité centrale, de mémoire, de données ou de communica-

tions qui surpassent de loin les capacités d’un ordinateur de bureau. De tels

problèmes ne peuvent être résolus qu’à l’aide de l’équipement de CHP.

(Sections pertinentes : S1 ; C2 – Encadrés sur la faisabilité et les applications

parallèles; C2 - Section sur les anneaux centraux)

La population du Canada n’est-elle pas trop petite pour concurrencerdans ce domaine?

Un certain nombre de plus petits pays ont investi dans des stratégies de CHP,

reconnaissant ce domaine comme un catalyseur important du futur développe-

ment économique. En outre, le Canada possède des caractéristiques uniques qui

le rendent idéal pour le leadership en matière de CHP. Le Canada n’est pas à ce

point petit qu’il manque de ressources (humaines, financières et connaissances)

pour avoir un impact important dans le monde. Il n’est pas non plus trop grand

pour que les efforts nationaux soient si importants qu’ils aient tendance à se

transformer en initiatives régionales incompatibles. Ce principe a déjà été illus-

tré par le réseau CaNet*4 de CANARIE. La grande étendue du Canada et son

nombre limité de grandes villes le rendent idéal pour une grille informatique

Foire aux questions (FAQ)

112

coordonnée qui allie la transmission de données haute vitesse de CANARIE avec

les ressources de CHP décrites dans le présent document. Comme pour les

chemins de fer du siècle dernier, une telle grille nationale réunirait la science et

la société du Canada comme peu de pays pourraient le faire.

De surcroît, les mesures extérieures montrent que le milieu de la recherche du

Canada se classe au deuxième rang parmi les pays du G8 (derrière le Royaume-

Uni) en ce qui touche la productivité de la recherche. Le Canada est bien placé

pour diriger plutôt que d’être dirigé.

(Sections pertinentes : C1-Encadré sur CANARIE; C2 Section et encadrés sur les

réseaux et les grilles; C3 Encadré sur la productivité scientifique)

Pourquoi investir dans un CHP dispendieux? Pourquoi ne pas simplement attendre que d’autres pays effectuent la recherche fondamentale tandis que nous mettons l’accent sur les phases dedéveloppement et de production?

Les principaux avantages de la technologie de l’information reviennent à ceux

qui font les découvertes. Si le Canada attend que d’autres pays réalisent des

percées, nous nous laisserons inévitablement distancer dans la course vers de

nouvelles connaissances sur le marché. Et cela est d’autant plus vrai dans ce

domaine. Imaginez si Silicon Valley été née dans une ville canadienne…

(Sections pertinentes : C1 Introduction)

Pourquoi ne pas payer l’utilisation des ordinateurs d’autres pays?

En bout de ligne, cette solution s’avère plus dispendieuse et inefficace pour le

développement du Canada comme chef de file dans la recherche et le

développement haut de gamme. Tel que mentionné au chapitre 2, le véritable

coût d’exécuter une application sur une installation à échelle téra peut varier

de 100 000 $ à des millions $. Il s’agit d’argent perdu pour le Canada. Une

stratégie de CHP à l’étranger, si elle s’étend à l’échelle nationale, coûterait

davantage que la stratégie nationale que nous proposons. L’utilisation du

Simulateur de la Terre japonais pour modéliser un système météorologique des

ouragans illustre bien les avantages et désavantages potentiels. Le véritable

coût engendrer par ce travail était de 5-10 millions $; L’équipe canadienne a pu

fournir des ressources techniques en lieu du paiement mais elle a tout de même

subi la faible priorité d’accès et l’exigeante bureaucratie internationale. Après

9 mois d’utilisation, seulement environ 40 % des travaux sont complétés en rai-

son d’une faible priorité. Acheter du temps d’unité centrale, si nous pouvions le

concrétiser, enverrait le signal que le Canada n’est pas un joueur important du

G8. Nous perdrions de nombreux jeunes scientifiques computationnels qui

choisiraient de travailler à l’étranger puisqu’ils ne pourraient être compétitifs

au Canada en raison d’une plus faible priorité par rapport à leurs pairs quant à

l’accès dans le pays qui offre l’infrastructure.

(Sections pertinentes : C2 La section sur les anneaux centraux et la note de bas

de page; C2 L’encadré sur le Simulateur de la Terre, C4)

Qu’en est-il du soutien provincial?

Il serait souhaitable que les gouvernements provinciaux participent à cette

stratégie nationale. Cela leur permettrait d’accroître l’infrastructure de CHP de

manière à traiter des priorités provinciales particulières en matière de CHP.

Aborder ces perspectives individuelles va au-delà de la portée de ce plan et

nécessitera des discussions entre les deux ordres de gouvernement.

Références

113

Références

[1] Diagramme gracieusement fourni par Environnement Canada, Recherche

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[2] Pour plus d’information, consultez le site www.googleguide.com

[3] Pour plus d’information, consultez le site www.aerospace-technology.com

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[20] « Atteindre l’excellence : investir dans les gens, le savoir et les possibilités : La

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octobre 2004)

[34] Pollard et. al, Génie mécanique à l’Université Queen’s, Kingston, © 2003

Certaines des informations contenues dans ce rapport n’étaient disponibles qu’en anglais. Nous aimerions nous excuser auprès des lecteurs.