Le calcul pour la physique, la chimie moléculaire, où l’analyse de données massives fait massivement appel à des opérations algébriques : jusqu’à 80% du temps des calculateurs haute performance actuels y est consacrée. De plus, l’augmentation de la taille des problèmes traités amplifie l’effet des erreurs d’arrondi dus à l’arithmétique flottante en précision limitée codée sur des formats 32 où 64 bits. Ceci ralentit fortement, ou souvent empêche les calculs d’aboutir. Pour compenser ce phénomène, les noyaux de calcul font appel à des techniques de pré-conditionnement qui les rendent plus complexes et plus gourmands en mémoire.
Pour pallier ce problème, l’utilisation de l’arithmétique en précision augmentée réduit l’erreur d’arrondi, ce qui permet d’assurer la convergence des calculs et réduit dans tous les cas le nombre d’itérations nécessaires au calcul d’un facteur 2 à 5. Toutefois, jusqu’à présent, la précision étendue n’était disponible que par émulation logicielle et était trop lente pour les calculs réels.
Le VxP est le premier processeur générique qui supporte en matériel l’arithmétique de précision étendue, jusqu’à 512 bits de mantisse, avec une performance comparable aux opérations en 64 bits (dont 53 de mantisse) des processeurs classiques. Ce processeur supporte le jeu d’instruction classique « RISC V ». De plus, il implémente des instructions spécifiques, dédiées au calcul arithmétique en précision arbitraire, mais également aux transferts en mémoire des nombres flottants en format étendu. Au sein d’un nœud de calcul de supercalculateur, il est destiné à prendre le relais des processeurs génériques en 64 bits lorsque le problème demande de la précision. Comme tous ces processeurs partagent la même mémoire du nœud de calcul et que leurs piles logicielles sont compatibles, le transfert se fait sans copie ni transcodage coûteux des données.
Dans sa version prototype de 2023, le processeur est intégré dans une puce fabriquée en technologie 22FDX de Global Foundries. Le prototype permet déjà d’obtenir un facteur d’accélération de x24, sur des solveurs à l’état de l’art (solveurs itératifs dans l’espace de Krylov), par rapport à une émulation logicielle de la précision étendue.
Le VxP est avant tout destiné aux calculs scientifiques : physique computationnelle, chimie moléculaire, calculs de structures, imagerie médicale, modèles de climat, fluidique, … Il s’applique également à l’apprentissage en IA, aux calculs de dynamique des systèmes.
Procédé et dispositif de représentation en virgule flottante avec précision variable. Publication/Patent Number: FR3093571B1 Publication Date: 2021-03-19.
La nouvelle génération de l’accélérateur VxP sera intégrée au processeur Rhea, conçu par la startup française SiPearl dans le cadre du projet européen EPI, démarré en novembre 2018. Ce projet regroupe les principaux acteurs européens dans le calcul numérique haute performance avec l’objectif de créer le prochain processeur européen pour le calcul exascale. Le processeur Rhea fera ainsi partie du prochain supercalculateur « Jupyter » au sein du centre de calcul de Jülich à Munich.
