28 Novembre 2019

Le Centre de Calcul du CNES : un demi-siècle d’histoire

Le nouveau Centre de Calcul du CNES à Toulouse a été inauguré en 1994. Retour en image sur l’histoire de ce lieu indispensable à l’exploration spatiale et à la science.

En 25 ans, de nombreuses évolutions techniques ont permis de faire du Centre de Calcul du CNES l’un des data centers les plus puissants du monde, classé 15e du classement IO500 réalisé par le Virtual Institute for I/O.

En 25 ans, la puissance du centre de calcul du CNES a été multipliée par 3,5 millions en termes de nombre d’opérations par seconde.


A l'origine

Le 1er Centre de Calcul du CNES était situé à Brétigny-sur-Orge. Opérationnel le 1er mars 1966, ce lieu abritait également la Direction scientifique et technique et la Direction des programmes du CNES, ainsi qu'un centre d'essais, et ce jusqu'en 1974, date à laquelle les activités techniques du CNES ont été transférées au Centre Spatial de Toulouse. Il comportait un centre de traitement des télémesures, un centre de calcul, un centre d'essais et de préparation des satellites de première génération.


1970 - 1980 : les supercalculateurs à l'honneur

Les supercalculateurs des années 1970-1980 fonctionnaient avec des cartes perforées pour éditer les programmes. Cela signifie que lorsqu’on avait besoin d’effectuer des calculs, il fallait d’abord créer son programme avec la carte perforée, lancer le programme (qui pouvait durer toute la nuit) et revenir plus tard pour voir les résultats. Une seule erreur dans la carte et tout était à recommencer !
Dans ces années-là, le supercalculateur était entre autre utilisé pour les calculs d’optimisation de trajectoire et d’altimétrie des premiers satellites (comme SPOT lancé en 1986).


1990 : Le centre de calcul devient toulousain

Le Centre de Calcul du CNES a pris ses quartiers à Toulouse, en 1994.
Depuis 25 ans, il met sa puissance de calcul et sa capacité de traitement de données au service d'utilisateurs CNES, mais aussi de partenaires scientifiques externes (Ifremer, CESBIO, Legos…)
Concrètement, des projets spatiaux tels que PEPS, CfoSat et SWOT dépendent des services du Centre de Calcul : en amont des missions, pour la recherche et le développement, pendant la mission pour la production de données finales, et après, pour valoriser et mettre à disposition les données.


un data center multi-fonctions

Le Centre de Calcul a ainsi plusieurs fonctionnalités :

  • calcul intensif pour modéliser les phénomènes physiques
  • traitement et analyse de données : production de données missions ou analyses scientifiques de ces données (imagerie satellite, océanographie ...)
  • mise à disposition et diffusion de collections de données pour les scientifiques
  • conservation à long terme des données
  • services de développement et mise à disposition de logiciels scientifiques
  • support utilisateur expert dans les codes de calcul

Pour eviter la surchauffe

Les systèmes de refroidissement des supercalculateurs sont indispensables à leur bon fonctionnement.
Ils font partie de ce qu’on appelle les « infrastructures primaires » comme la climatisation, l’alimentation électrique, etc. Ces systèmes de refroidissement ont beaucoup évolué en 25 ans.
A l’ouverture du Centre de Calcul  à Toulouse en 1994, le matériel était refroidi avec un gaz, le fréon. En 2002, avec l’arrivée d’un modèle IBM, le refroidissement se faisait à l’air. Depuis 2013 et les nouveaux clusters Linux, le refroidissement se fait désormais à l’eau ! D’énormes cuves, de 25 m3 chacune – soit 100 000 litres d’eau ! – constituent une réserve en cas de défaillance du circuit d’eau glacée.


un saut technologique grace à Gaia

En nombre d’opérations, Gaia constitue l’un des plus gros traitements de données de l’histoire de l’astronomie, avec la prise en compte de nombreux paramètres : positions, distances, mouvements, magnitudes, ceci pour plus d’un milliard d’objets.Au Centre spatial de Toulouse, la puissance de calcul nécessaire est estimée à 6 teraflops (6 000 milliards d’opérations par seconde). Le volume de données à traiter étant de l’ordre du pétaoctet soit 1 million de milliards d’octets, soit la capacité de 250 000 DVD , ou l’équivalent de 2 000 ans de musique en écoute continue...Ce volume inhabituel de données et, surtout, le nombre gigantesque d’objets à gérer ont conduit le CNES à effectuer en 2013 un véritable saut technologique.


Aujourd'hui : un data center parmi les plus puissants du monde

Avec le lancement des satellites Sentinel à partir de 2014, le volume des données venant des satellites a explosé, et les besoins en stockage ont énormément grandit. Les ressources du Centre de Calcul ont été de plus en plus utilisées pour le traitement des données venant des satellites, avec le but de les rendre utiles pour les clients extérieurs au CNES (laboratoires, start-up, etc.)
C’est depuis cette période que le Centre de Calcul du CNES se mesure avec les plus grands centres de calcul mondiaux en terme de stockage avec à présent 8,2 Po d’espace partagé et une bande passante de 100 Go/s.
Ce stockage est comparable à celui du plus gros système HPC en France, le Très Grand Centre de Calcul du CEA.  
Et ce besoin de stockage n’arrête pas de grandir : par exemple, le satellite SWOT, qui sera mis en orbite en 2021, aura un besoin de 6 Po en stockage a lui seul.

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