Du jeu vidéo au calcul intensif : le pari des GPU

Intervenant 10:00

Bonjour tout le monde et bienvenue à l'écoute de cette nouvelle exploration. C'est le podcast du magazine Tangente et aujourd'hui on va aborder un sujet avec une énergie vraiment électrique.

Intervenant 20:11

Bonjour ! Oui, je crois qu'on a un paradoxe technologique assez merveilleux à décortiquer aujourd'hui.

Intervenant 10:16

Ah mais totalement ! Imaginez juste confier le calcul de la trajectoire de rentrée dans l'atmosphère martienne du rover Perseverance, une mission à plusieurs milliards de dollars, à la technologie exacte, qui servait à afficher des donjons pixelisés dans les jeux vidéo des années 90.

Intervenant 20:32

Ça paraît complètement absurde dit comme ça.

Intervenant 10:34

Mais c'est la réalité. Notre mission du jour, en nous basant sur des écrits pointus sur le calcul à haute performance, le fameux HPC, c'est de comprendre comment ce besoin frénétique de dessiner des monstres 3D toujours plus réalistes a littéralement sauvé la science moderne de l'asphyxie.

Intervenant 20:50

C'est un constat fascinant. Et pour bien le comprendre, il faut réaliser que la simulation numérique, c'est devenu l'infrastructure invisible de toute notre société.

Intervenant 10:59

On ne teste plus en grandeur nature en fait.

Intervenant 21:01

Exactement. Que ce soit pour concevoir la zone de déformation d'une voiture lors d'un crash, optimiser l'aérodynamisme d'un avion ou même prévoir le réchauffement climatique des dix prochaines années, on

Intervenant 11:12

modélise. Le monde physique est testé virtuellement.

Intervenant 21:16

Sauf que, et c'est là que ça coince, les mathématiques se sont pris un mur. Un mur physique.

Intervenant 11:21

Voilà. La science fondamentale s'est encastrée dans les limites matérielles de nos ordinateurs classiques.

Intervenant 21:26

Décortiquons un peu tout ça. Quand on parle d'une simulation, genre l'air qui glisse sur la carrosserie d'une voiture, pour l'ordinateur, c'est pas un joli film d'animation. Ah non, pas du tout. L'espace autour de la voiture est découpé en une grille 3D immense. On parle de millions de points géométriques.

Intervenant 11:42

Et pour chaque point, il y a des équations dans tous les sens, non ?

Intervenant 21:45

C'est ça. Pression, température, vitesse, friction. À chaque fraction de seconde, on doit résoudre un enchevêtrement de millions d'équations qui évoluent toutes en même temps. Et le faire à la main, c'est une chimère.

Intervenant 11:57

Du coup, au début des années 2000, la seule solution, c'était la force brute. L'ère des supercalculateurs géants.

Intervenant 22:04

C'était colossal. Ces machines faisaient la taille d'un entrepôt entier, des centaines de nœuds de calculs reliés par des kilomètres de câbles optiques.

Intervenant 12:12

Un gouffre financier absolu.

Intervenant 22:14

Et thermiquement, c'était un cauchemar. Il fallait des usines de refroidissement à eau, juste pour pas que les processeurs fondent. Tout à fait. Et tout ce système reposait sur un composant central. Le cerveau de l'ordinateur. Le CPU.

Intervenant 12:27

Le processeur central.

Intervenant 22:29

Voilà. Le CPU s'est beaucoup amélioré au fil du temps. On a mis de plus en plus de cœurs dedans, 4, 8, 16, et aujourd'hui on voit couramment des puces à 20 cœurs.

Intervenant 12:40

Ce qui est déjà une belle prouesse d'ingénierie.

Intervenant 22:42

Absolument. Un cœur moderne est capable d'atteindre environ 10 Gflops, c'est-à-dire 10 milliards d'opérations à virgule flottante par seconde.

Intervenant 12:52

Donc, si je fais le calcul, avec un processeur ultra haut de gamme de 20 coeurs, on plafonne à une puissance théorique de 200 Gflops.

Intervenant 23:01

Et encore, c'est un plafond très théorique. Ça suppose que le logiciel soit parfait et qu'il n'y ait aucun goulot d'étranglement avec la mémoire vive. Dans la réalité, on est bien en dessous.

Intervenant 13:10

J'aime bien utiliser une image pour vulgariser un peu cette limitation. On peut comparer notre processeur central, ce CPU, à 20 coeurs, à un groupe de 20 mathématiciens de génie enfermés dans une pièce.

Intervenant 23:22

20 professeurs émérites,

Intervenant 13:23

oui. C'est ça. Ils sont extrêmement intelligents. Ils peuvent résoudre des problèmes hyper complexes, avec plein de conditions, très rapidement. Mais voilà, ils ne sont que 20.

Intervenant 23:33

Le problème, ce n'est pas la difficulté des mathématiques, c'est la quantité. Face à des millions d'équations simples pour simuler un fluide, nos génies sont tout simplement submergés par le volume. Ils ne peuvent traiter les feuilles de calcul qu'une par une.

Intervenant 13:46

Il s'asphyxie sous la charge de travail. Du coup, puisque ce groupe restreint de génie ne suffit plus, où est-ce que la science est allée chercher du renfort ?

Intervenant 23:53

Et bien dans les chambres des adolescents.

Intervenant 13:55

Le climat, c'est l'industrie du gaming.

Intervenant 23:57

Ce qui est fascinant ici, c'est que l'industrie du jeu vidéo a exigé, pour ses besoins propres, des performances visuelles inouïes. Afficher un univers en 3D de façon fluide, ça demande de calculer la couleur de plus de 2 millions de pixels sur un écran.