Centre d'Excellence Européen en Calcul Exascale TREX - Targeting Real Chemical Precision at the EXascale

Centres d'Excellence Européens en Calcul à l’Exascale

Avec la mise en place de l'Initiative EuroHPC, la Commission européenne s'est sérieusement engagée à relever le défi, qui voit également les États-Unis et la Chine rivaliser, de construire l'un des premiers ordinateurs capables d'atteindre la puissance de calcul de 1 Exaflop (soit 1'000'000'000'000'000'000 ou 10¹⁸ d’opérations par seconde !). Cette énorme puissance de calcul permettra de réaliser des simulations qui ne sont pas abordables pour le moment, de défier les limites des logiciels vis-à-vis de leur capacité à distribuer efficacement les opérations sur plusieurs (centaines de milliers de) processeurs en même temps (propriété dite « parallélisme » ), mais aussi de permettre des simulations d'ensemble dans une approche dite « à haut débit » ou « high-throughput » (par exemple, trier un grand nombre de médicaments pour trouver rapidement les plus efficaces). Naturellement, ces investissements posent une série de questions, allant de la mise en place d'un parallélisme massif à la compatibilité des logiciels avec des architectures hardware hétérogènes, afin d’exploiter au mieux cette puissance de calcul offerte par les ordinateurs à l’Exaflop. Pour faire face à ces défis, un effort énorme et conjoint des scientifiques du domaine et des experts en calcul est nécessaire. Cette logique a poussé l'Union européenne à financer des centres d'excellence (CoE) ciblés, chacun soutenant une communauté spécifique. Le Centre d'Excellence Européen en Calcul Exascale TREX - Targeting Real Chemical Precision at the EXascale - relève de cette mission et a officiellement démarré ses activités le 1er octobre 2020.

TREX : Targeting Real Chemical accuracy at the EXascale

En chimie quantique et en science des matériaux, il est très difficile d'obtenir une allure computationnelle à l’exascale : un grand nombre de logiciels de structure électronique ont encore du mal à exploiter au mieux la puissance de calcul actuelle (bien inférieure à l’Exaflop, pour l’instant). Beaucoup d'efforts sont en fait déployés pour progresser vers une classe de problèmes adaptés à l'ère exascale. D'autre part, les approches dites de Monte Carlo quantique (QMC) sont intrinsèquement parallèles et font partie des rares méthodes dans le domaine des simulations quantiques capables d'exploiter pleinement le parallélisme massif des architectures exascale à venir. Le mariage de ces méthodes avancées avec l'exascale permettra des simulations à l'échelle nanométrique d'une précision sans précédent, visant une description précise du problème électronique à N-corps en mécanique quantique pour des très grands systèmes.

Le Centre d'excellence TREX vise à développer, promouvoir et maintenir des solutions logicielles open-source haute-performance dans le domaine de la chimie quantique et en science des matériaux, prêtes à exploiter les architectures exascale à venir. TREX rassemble des scientifiques européens, des experts du calcul haute-performance (HPC) et des PME travaillant sur des simulations d'une extrême précision dans le cadre des méthodes stochastiques de Monte Carlo quantique (QMC), afin de développer des solutions logicielles qui accéléreront considérablement la diffusion de ces instruments de calcul uniques, dont l’utilisation a été restreinte jusqu'à présent à une communauté de spécialistes. Cela permettra d'améliorer considérablement les outils dont dispose la communauté scientifique pour la conception de nouveaux matériaux et la compréhension des propriétés fondamentales de la matière.

https://trex-coe.eu/

https://cordis.europa.eu/project/id/952165

À propos du consortium

Le projet TREX CoE a été officiellement lancé dans le cadre du plan EU H2020-INFRAEDI-05-2020 financé par la Commission européenne GA 952165.

TREX Center of Excellence est un consortium de 12 partenaires, universités, instituts de recherche et PME de sept pays européens différents, à savoir :

• University of Twente (NL),
• Centre National de la Recherche Scientifique (Toulouse and Paris, FR),
• Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Trieste, IT),
• CINECA (Bologna, IT),
• Jülich-Supercomputing Centre (DE),
• Max Planck Institute for Solid State Research in Stuttgart (DE),
• University of Versailles Saint Quentin-en-Yvelines (FR),
• Megware (DE),
• The Slovak University of Technology in Bratislava (SK),
• University of Vienna (AU),
• Lodz University of Technology (PL),
• TRUST-IT (IT).

Le cœur scientifique du consortium est étroitement lié à deux principaux centres HPC européens, à savoir CINECA (IT) et Jülich-Supercomputing Center (DE), et à Megware, une PME dans le domaine de l'intégration de solutions HPC. Enfin, le partenaire TRUST-IT est une PME spécialisée et responsable des activités de communication, d'engagement des stakeholders et de sensibilisation de TREX.

Rôle du nœud français de l’IMPMC, Sorbonne Université

Michele Casula, chercheur CNRS et responsable de l’équipe Théorie Quantique des Matériaux de l’IMPMC, Sorbonne Université, est le coordinateur du work package TREX qui est censé produire des applications en science des matériaux, réalisées grâce à l’utilisation des outils numériques conçus par TREX pour l’Exascale. Ces applications ont la vocation d’être démonstratives des capacités augmentées par la synergie entre l’Exascale et les approches stochastiques, telles que le Monte Carlo quantique développées en TREX et déployées à l’extérieur via la distribution des librairies open-source.