Skip to content

À quoi servent les ordinateurs les plus puissants au monde? An instance in cardiology

The cardiac arythmies touched hundreds of thousands of individuals and triggered 300,000 deaths within the yr in Europe. Leurs mécanismes sont étudiés par numerical simulation extra needed than calculations à une échelle encore by no means atteinte. The truth is, the human coronary heart has 10 billion cells, which is supplied with 1,000,000 cannas ioniques able to altering its conduct in moments of a nanosecond. Faire des calculos au degree de ces canaux signify a drive de calculs dépassant de loin les capacités de calculos des ordinateurs actuals.

Like l’arythmie cardiac, de nombreux autres phénomènes are troublesome to understand à due to the big complexité des systemes qui portent to them. Citons par instance l’évolution du climat, l’étude des atoms ou du functionnement des systèmes microbiens.

Alors, les scientifiques transforment les phénomènes en « modèles » (des ensembles d’équations) qui seront par la suite transcribed sous forme de programatique informatique known as « simulation ». The outcomes of those simulations may very well be in contrast with the observations, with the intention to confirm or enhance the fashions, and with our understanding of the phenomena.

To acquire the leads to affordable instances, the simulations are carried out sur des ordinateurs surpuissants: des supercalculateurs.

Qu’est-ce qu’un supercalculator ?

Les supercalculateurs sont des machines ayant la capacité d’effectuer des calculos complexes beaucoup extra quickly qu’un ordinateur personnel. For instance, the supercalculateur Frontier, the quickest on this planet in the present day, can calculate simply 1,000,000 million operations per second! A efficiency known as “exascale” in reference to the exaflop which corresponds to a billion of billions of numerical calculations.



Learn extra: Calculate excessive efficiency and superpowerful computer systems : the course à l’exascale »


After the years 1990, the computer systems have gotten a milliard of fois plus highly effective, and with the supercalculateur dépassant pour la première fois la barrière mythique de l’exaflop, de nouvelles opportunités s’ouvrent notamment aux scientifiques, principaux utilisateurs de ces machines.

Nonetheless, these supercalculators signify large investments (the supercalculateur Jean-Zay put in in Idris for instance with round 25 million euros) and the power bills with the invoices that might help hundreds of thousands of euros per yr: , pourquoi toujours chercher à en augmenter la puissance ?

Des modeles mathématiques à la simulation de ce qui nous entoure

Sure simulations want a fantastic energy of calculation. That is the case for instance of the simulations that attempt to perceive the evolution of the climate, the maladies, anticipate the seisms or extra typically the catastrophes of nature or encore the écoulement of the air autour des ailes d’un avion. These advanced phenomena engender many hours or days of calculations sur de grosses machines dites « de manufacturing » (des « mini-supercalculateurs » qui servent à tester les purposes avant de les lancer sur de vrais supercalculateurs), avec énormément de données. Seoul a supercalculateur will be capable of effectuate the calculations in an affordable time, traitor de gross volumes de données et increaser la precision des simulations.

Pour comprendre remark c’est potential, imaginons qu’on ait un mur de dix kilomètres de lengthy à construire et deux maçons à disposition pour faire ce travail. To successfully construct the wall, the work will likely be distributed among the many two maçons de manière equitable et de manière à ce que les maçons can poser des briques du mur sans se gener. Si nous avons maintainant deux-cents maçons à notre disposition, répartir le travail peut devenir complexe. Le mur sera construit beaucoup plus vite mais sa building demand de la logistique en amont pour que tous les maçons travaillent efficacement.

C’est la même selected avec les simulations. Le mur representante ici une simulation et les maçons des processors à notre disposition dans un supercalculateur. Plus on a de processors, plus the simulation devrait aller vite. Par contre, il ya un gros travail de scheduling necessaire pour que ces processors se partagent les ressources et communicant efficacement entre eux. Il faut éviter le plus posible que les processors s’attendent entre eux, ce qui ralentit l’software.

[Près de 80 000 lecteurs font confiance à la newsletter de The Conversation pour mieux comprendre les grands enjeux du monde. Abonnez-vous aujourd’hui]

La cardologie : a domaine de choix pour l’utilisation des supercalculateurs

Même si aujourd’hui, la puissance de calcul nécessaire pour simuler le functionnement d’un coeur humain depuis l’échelle de ses cellules n’existe pas encore, l’augmentation de la puissance des supercalculateurs permet aux modèles déjà existents de gagner en précision .

For instance, the European challenge MICROCARD dans lequel est implicé le middle Inria de l’Université de Bordeaux use les nouvelles architectures des supercalculateurs pour comprendre remark les cells du coeur génèrent des arythmies lorsqu’elles sont malades ou mal couplees entre elles et touch upon peut Détecter une state of affairs dangerouse en observant les signaux électriques mesurés sur un affected person.

In a wholesome coronary heart, the connections between cells are so sturdy that the cells appear like an enormous cell. On appelle ce phénomène a « syncytium ». The numerical fashions used aujourd’hui think about the cardiac tissue as a syncytium. Ils are additionally composed of hundreds of thousands of components, every factor representing quelque centaines de cellules.

Dans un coeur endommagé, il manque des cellules et des connexions. If a cardiac muscle cell is lifeless, it can’t be changed by one other. De ce fait, the muscle doesn’t behave extra like a syncytium à sure endroits.

To know this example, it is very important mannequin the guts cell by cell. On n’aura plus plusieurs cellules par élément mais des milliers d’éléments par cellule, permettant de représenter la forme des cellules individuelles et leurs connexions avec les cellules voisines. A tel modèle cellule par cellule will likely be 100 thousand extra advanced than the present fashions, which necessitates déjà l’utilisation de supercalculateurs.

The calculations which might be related to the simulation of this drawback can’t be anticipated from exascalarian supercalculators. With a supercalculator like Frontier, the comprehension of cardiac electrophysiology is upkeep potential. Sure supercalculateurs are accessible aux chercheurs et chercheuses, d’autres are reserved à des instituts et projets collaboratifs.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *