Crédit photo : Calcul Québec
L’été dernier, le ministère de l’Économie, de l’Innovation et de l’Énergie (MEIE) a octroyé des fonds à Ouranos pour l’achat d’une grappe de serveurs, aussi communément appelée superordinateur.
Ouranos produit des simulations climatiques permettant de générer des projections climatiques. Derrière ce travail scientifique se cache une pléthore de calculs qui représentent une charge considérable en termes de matériel informatique.
Ainsi, les scientifiques en climat d’Ouranos dépendent d’une forte capacité de calcul pour modéliser, analyser et quantifier les phénomènes climatiques. Le nouveau superordinateur d’Ouranos renforce cette capacité de calcul.
Cet équipement est hébergé chez Calcul Québec, un organisme à but non lucratif offrant ses services de calcul de haute performance et son expertise aux universités et aux centres de recherche.
Comment est-ce que cette nouvelle grappe aidera Ouranos?
« Avec ses 3 328 cœurs et 2 pétaoctets (2 000 000 Go) d’espace de stockage, cette "mini-grappe" est en quelque sorte une greffe à notre grappe existante, Narval, une machine beaucoup plus large utilisée par la communauté de la recherche depuis 2021. Dédié de façon prioritaire à Ouranos, cet ajout permettra au Consortium d’atteindre plus rapidement ses objectifs liés à la quantification des changements climatiques du Québec pour les besoins en adaptation. » - Suzanne Talon, Directrice générale, Calcul Québec
« La capacité d’Ouranos à produire de nouvelles données sera grandement bonifiée. Cette avancée aura un impact important sur la capacité de l’équipe à fournir des produits plus diversifiés et de meilleure qualité. L’efficacité de l’équipe sera grandement accrue par cette acquisition. » - Pierre Pellerin, Chef d’équipe de Science du climat et Services climatiques, Ouranos
« Les derniers développements et possibilités du Modèle régional canadien du climat utilisé à Ouranos nécessitent beaucoup de temps de calcul. La puissance de traitement accrue de la nouvelle grappe nous permettra d’accélérer le traitement des données et de rendre plus accessible l’obtention d’une représentation plus complexe de certains phénomènes physiques à une résolution spatiale plus fine. Il devient alors possible de simuler des interactions avec diverses composantes qui, auparavant, n’étaient pas incluses dans les simulations. La représentation de l’environnement urbain est un excellent exemple de ce qui devient possible. » - Dominique Paquin, Responsable de Simulations et analyses climatiques, Ouranos
« L’ampleur de la mise à niveau se traduit en chiffres. Auparavant, la puissance de calcul et d’analyse d’Ouranos se limitait à quatre serveurs de 156 cœurs disponibles dans nos locaux, ainsi qu’à environ 600 cœurs sur la machine partagée Narval de Calcul Québec. Grâce à ce nouveau financement, nous disposons désormais de plus de 3 328 cœurs dédiés, ce qui représente une avancée majeure. » - Mourad Labassi, Responsable de l’infrastructure de calcul de haute performance et d’analyse scientifique, Ouranos
L’utilité du calcul de haute performance
La production de simulations climatiques requiert une capacité de calcul des milliers de fois plus puissante que celle d’un ordinateur de bureau. Ceci est dû à la quantité astronomique d’intrants, de calculs et de variables produites et à gérer.
Pour produire une simulation, il faut opérer un modèle climatique qui résout les équations mathématiques complexes de la mécanique des fluides pour décrire le comportement de l’atmosphère et ses interactions avec la surface terrestre, notamment :
Les océans
Les glaces
Les lacs
Les sols
La végétation
La neige
Les zones urbaines
Un tel modèle doit aussi intégrer des données sur la composition chimique de l’atmosphère, comme les gaz à effet de serre, l’ozone et les aérosols, ainsi que des caractéristiques physiques, telles que l’énergie solaire reçue et les données géophysiques sur la surface terrestre.
Ces simulations produisent plus d’une centaine de variables climatiques, incluant la température, l’humidité, les vents, la pression barométrique et les précipitations, pour chacun des points d’une grille tri-dimensionnelle qui fait le tour de la Terre. Chacune de ces variables climatiques est ensuite calculée à des intervalles de 5 à 20 minutes sur une période de temps simulée de jusqu’à 150 années. Le résultat est la simulation de la planète Terre et de ses conditions climatiques.
Figure 1. Schéma d’un modèle global du climat (gauche) | Schéma d’un modèle régional du climat (droite)
La simulation de l’Amérique du Nord
Le principal travail de simulation d’Ouranos est celui de l’Amérique du Nord. Pour ce faire, on divise le continent en sous-domaines de calcul. Ces sous-domaines, qui sont composés de plusieurs cubes de calcul, forment une grille tri-dimensionnelle qui s’étend horizontalement sur tout le territoire et verticalement dans l’atmosphère.
Figure 2 : Schéma des cubes de calcul. Chaque cube représente une partie du système climatique et interagit également avec les cubes voisins.
Ce travail de simulation requiert ce qu’on appelle de l’informatique parallèle, c’est-à-dire des opérations calculées simultanément sur plusieurs processeurs. Les sous-domaines sont alors calculés en même temps et communiquent entre eux.
Les optimisations rendues possibles grâce au superordinateur
Avec ses 3 328 nouveaux cœurs de calcul, le superordinateur facilitera l’intégration et l’optimisation des processus de génération de l’information climatique d’Ouranos. Le consortium peut ainsi déplacer vers Calcul Québec une partie de sa capacité d'analyse, auparavant effectuée sur les serveurs moins nombreux et puissants de ses bureaux. L’extraction d’information scientifique et de données des simulations va donc se faire plus rapidement.
Cette capacité d’analyse accrue permettra ainsi à Ouranos d’optimiser les divers traitements de données pour bonifier ses produits existants et en créer des nouveaux, incluant des publications scientifiques et des indicateurs climatiques pour le Québec, comme le verglas, le vent et la couverture de neige au sol.
Le consortium pourra également faire des mises à jour plus fréquentes de ses portails climatiques, Portraits climatiques et PAVICS, et y inclure davantage de variables climatiques pour répondre aux besoins des usagers.
Avec l’accélération des changements climatiques et le besoin pressant de s’y adapter, la nouvelle grappe représente une avancée majeure pour Ouranos. Ce superordinateur permettra à Ouranos de renforcer son rôle dans la modélisation climatique régionale et de soutenir efficacement les décideurs et chercheurs œuvrant dans le domaine de l'adaptation aux changements climatiques au Québec.
La nouvelle mini-grappe en chiffres
Nœud de calcul :
Processeur :
Modèle : AMD EPYC 9534
Fréquence : 2.45 GHz
Nombre de cœurs : 64
Mémoire cache : 256 Mo
Mémoire centrale :
Capacité : 512 Go
Spécification : RDIMM DDR5, 4800MT/s
Disque interne :
Capacité : 480 Go
Spécification : Disque en mémoire flash (NVMe)
Interconnexion des nœuds : Mellanox Infiniband HDR100
Espace de stockage externe:
Capacité : 2 Po (pétaoctets) d’espace de stockage sur disques durs
Disque dur : Seagate Exos 18 To
