Le projet européen ExaNoDe a construit un prototype d'unité de calcul révolutionnaire ouvrant la voie aux supercalculateurs exascale de demain, ceux capables d'effectuer un milliard de milliards de calculs par seconde, ou dix fois plus rapide que les ordinateurs les plus puissants d'aujourd'hui.

Le prototype ExaNoDe permet de combiner et d'interconnecter différents types de processeurs sur une même puce, des unités centrales de traitement (CPU) à faible consommation aux processeurs compagnons reprogrammables qui peuvent être reconfigurés à la volée. En permettant les interconnexions sur puce, le prototype permet de surmonter l'un des principaux obstacles à des ordinateurs plus puissants :le coût en énergie et en performances du transfert de données entre les processeurs principaux et leurs processeurs compagnons. Le tout dans un emballage tridimensionnel révolutionnaire.

« La consommation d'énergie et l'abordabilité sont les principaux obstacles à une unité de calcul capable de fournir des performances exascales, " dit Denis Dutoit, ingénieur de recherche au CEA-Leti et coordinateur d'ExaNoDe. « La combinaison de l'intégration 3D et des unités hétérogènes sur la puce permet de surmonter ces obstacles. Si l'on utilisait des technologies standard, tel qu'il est utilisé dans les PC haut de gamme utilisés par les joueurs, alors atteindre l'exascale nécessiterait un ordinateur avec des besoins en énergie équivalents à une ville d'un million d'habitants. »

En prenant comme base un interposeur innovant développé par le CEA, ExaNoDe permet la combinaison de plusieurs chiplets de système sur puce (SoC), former un circuit intégré tridimensionnel (3DIC). Cela offre de multiples avantages, tel que:

• des rendements de fabrication de puces plus élevés, donc des coûts inférieurs, grâce à la taille plus petite des puces
• réduction des coûts de personnalisation, car la conception modulaire permet de combiner la technologie la plus avancée avec un coût inférieur, une technologie plus établie au besoin
• la flexibilité d'insérer des éléments de calcul, tels que des processeurs et des accélérateurs, sur une seule puce pour différentes applications, résultant en de meilleures performances pour une plus large gamme d'applications à des coûts de conception inférieurs
• distances de communication inter-puces réduites, résultant en une meilleure efficacité énergétique

"Le prototype ExaNoDe intègre plusieurs technologies de base :un interposeur actif 3D avec des puces, Noyaux de bras avec accélération FPGA, un espace d'adressage global, environnement de programmation performant et productif, qui permettra à la technologie européenne de répondre aux exigences du calcul exascale, " ajoute Denis.

ExaNoDe s'appuie sur des recherches antérieures financées par l'Europe en utilisant le système de mémoire UNIMEM, qui a été créé dans le projet EUROSERVER et est mis à l'échelle dans le projet EuroEXA. Cela permet la création d'une mémoire partagée entre plusieurs nœuds de calcul et contribue donc à réduire la distance que les données doivent parcourir.

Pour permettre aux programmeurs d'exploiter pleinement ces différentes ressources matérielles, des progrès ont été réalisés dans les modèles de programmation OmpSs-2@Cluster et OpenStream pour le calcul parallèle. Applications réelles, dans des domaines tels que la science des matériaux et l'apprentissage automatique, ont été développés et testés sur l'architecture ExaNoDe à l'aide de ces modèles de programmation et interfaces de programmation d'applications (API) de communication.