Comment l'IA, l'informatique quantique et l'informatique classique redéfinissent les supercalculateurs

(Dan Tri) - Jack Dongarra, connu comme le « père des superordinateurs et des logiciels scientifiques », vient de décrire un avenir prometteur pour le calcul haute performance.

Lauréat du prix Turing 2021 (également connu sous le nom de prix Nobel de l'informatique) et cofondateur du Top 500 List, qui classe les supercalculateurs les plus puissants au monde, Dongarra apporte un éclairage précieux sur l'avenir du supercalcul, tant pour la communauté scientifique que pour l'ensemble du secteur.

Ordinateurs hybrides – Des solutions pour l'avenir

Selon Dongarra, la prochaine génération de superordinateurs ne sera pas simplement une mise à niveau matérielle traditionnelle, mais une combinaison astucieuse de systèmes informatiques classiques avec la technologie quantique et l'intelligence artificielle (IA).

Ceci est considéré comme une étape décisive pour surmonter les limites actuelles de la loi de Moore, alors que la miniaturisation des transistors a presque atteint une barrière physique.

Dongarra souligne que l'avenir du supercalcul ne réside pas dans le remplacement complet des systèmes classiques par des ordinateurs quantiques, mais dans une combinaison harmonieuse des deux.

Il décrit ce système hybride comme une machine informatique multicouche, où chaque composant prend en charge les tâches les mieux adaptées à ses caractéristiques.

Dans la vision de Dongarra, les processeurs quantiques (QPU) agiraient comme des « accélérateurs spécialisés » pour les problèmes d'optimisation complexes, notamment dans les simulations moléculaires pour découvrir de nouveaux médicaments ou matériaux.

Ces problèmes présentent une complexité exponentielle, les rendant insolubles même pour les supercalculateurs les plus puissants d'aujourd'hui. Cependant, les ordinateurs quantiques, qui exploitent les effets de superposition et d'intrication quantiques, peuvent les résoudre avec une bien plus grande efficacité.

Parallèlement, les processeurs (CPU) et les processeurs graphiques (GPU) traditionnels continueront de prendre en charge les principales tâches de calcul, le traitement des données massives et l'exécution des algorithmes d'intelligence artificielle. Cette répartition judicieuse des tâches optimise non seulement les performances, mais permet également de tirer pleinement parti des atouts de chaque type de processeur.

L’une des perspectives les plus originales de Dongarra concerne le rôle de l’IA dans les futurs systèmes de supercalculateurs. Il conçoit l’IA non pas comme une simple application exécutée sur un supercalculateur, mais comme le « ciment » qui relie et coordonne l’ensemble du système.

Jack Dongarra a joué un rôle clé dans le calcul haute performance (Photo : Département de l'Énergie des États-Unis).

D'après Dongarra, l'IA optimisera les supercalculateurs en temps réel, grâce à des techniques de modélisation prédictive permettant une allocation intelligente des ressources. Le système sera capable de décider automatiquement quand utiliser les processeurs classiques, quand basculer vers les QPU et comment les coordonner pour une efficacité optimale.

Cette vision se concrétise à travers de nombreux projets novateurs.

Le géant des semi-conducteurs Nvidia et Quantum Machines viennent de présenter le système DGX Quantum, qui connecte étroitement un contrôleur quantique à une superpuce d'IA en quelques microsecondes seulement.

Ce système permet la correction d'erreurs quantiques en temps réel et l'étalonnage des processeurs quantiques basé sur l'IA, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités pour les applications hybrides quantiques-classiques.

Nouveaux défis dans la course technologique mondiale

Dongarra n'a pas non plus hésité à aborder les défis auxquels est confrontée l'industrie du supercalcul, tels que le manque de financement de la recherche et la pression concurrentielle internationale, notamment de la part de la Chine.

Les récents progrès de la Chine dans ce domaine, tels que l'ordinateur quantique Jiuzhang capable d'effectuer des tâches 180 millions de fois plus rapidement que le supercalculateur le plus puissant, ou le processeur quantique Zuchongzhi 3.0 doté de 105 qubits, ont sonné l'alarme pour les pays occidentaux.

L'ordinateur quantique Jiuzhang, en Chine, peut effectuer des tâches 180 millions de fois plus rapidement que le supercalculateur le plus puissant (Photo : Spectrum).

L'attribution cette année du prix Jack Dongarra Early Career Award au Dr Lin Gan de l'Université Tsinghua (Chine) pour ses contributions aux algorithmes HPC qui font le lien entre les systèmes classiques et quantiques confirme une fois de plus la nature mondiale de cette compétition.

Dongarra a plaidé pour une coopération internationale accrue par le biais d'organisations comme la North American Artificial Intelligence (NAAI), qu'il a récemment rejointe, afin de promouvoir l'intégration éthique de l'IA dans les superordinateurs.

Dongarra souligne des défis tout aussi importants en matière de développement des ressources humaines. On constate toujours une pénurie considérable de talents possédant une expertise interdisciplinaire en IA, en informatique quantique et en calcul haute performance.

Bien que des initiatives comme le Texas Quantum Program élargissent le vivier de talents, une préparation généralisée est encore loin d'être atteinte.

De plus, l'intégration de l'IA, du calcul haute performance et des technologies quantiques dans des flux de travail unifiés exige une coordination complexe des infrastructures, ce qui ralentit le déploiement. Les problèmes de cybersécurité sont également exacerbés, car ces systèmes hybrides peuvent être ciblés de multiples manières.

Des applications révolutionnaires vous attendent

Le potentiel des systèmes de supercalcul hybrides n'est pas seulement théorique. Des applications pratiques se développent rapidement, de la découverte de médicaments à la modélisation climatique, de l'optimisation financière au développement de matériaux avancés.

Dans le domaine médical, les systèmes hybrides peuvent simuler des réactions moléculaires complexes afin de découvrir de nouveaux composés pharmaceutiques plus rapidement et avec plus de précision.

En matière de changement climatique, la capacité de traiter des modèles climatiques mondiaux à haute résolution aidera les scientifiques à mieux prévoir et à réagir aux phénomènes météorologiques extrêmes.

En finance, les algorithmes d'optimisation quantique pourraient révolutionner l'analyse des risques et la gestion de portefeuille. Dans le domaine de la recherche sur les matériaux, la capacité de simuler la structure atomique avec une précision sans précédent pourrait ouvrir la voie aux matériaux supraconducteurs, aux batteries à haute énergie et aux alliages avancés.

Pour concrétiser cette vision, Dongarra a insisté sur l'importance de mettre en place une infrastructure adéquate. Celle-ci comprend non seulement du matériel de pointe, mais aussi des logiciels intermédiaires permettant d'intégrer les circuits quantiques aux ressources informatiques classiques.

Le supercalculateur ABCI-Q du Japon (Photo : Wccftech).

Les centres de supercalcul du monde entier déploient activement cette infrastructure hybride. Le Centre mondial de recherche et de développement japonais pour les technologies commerciales d'IA quantique (G-QuAT) en est un exemple, avec son supercalculateur ABCI-Q équipé de 2 020 GPU Nvidia H100, intégrant des processeurs quantiques supraconducteurs de Fujitsu, des processeurs à atomes neutres de QuEra et des processeurs photoniques d'OptQC.

De même, des projets européens tels que le supercalculateur Jupiter en Allemagne, Fugaku au Japon et PSNC en Pologne ont tous commencé à intégrer du matériel informatique quantique. L’annonce par le Danemark de son projet de construction du supercalculateur quantique Magne, doté initialement de 50 qubits logiques et réalisé en collaboration avec Microsoft et Atom Computing, témoigne également de cette tendance mondiale.

Préparez-vous à une nouvelle ère qui commence

Dongarra prédit que la période 2025-2030 sera marquée par une explosion d'applications hybrides quantiques-IA.

Les premiers cas d'utilisation comprendront des réseaux antagonistes génératifs quantiques pour la découverte de médicaments, l'apprentissage par renforcement alimenté par des sous-routines quantiques et des solveurs d'optimisation quantiques appliqués à des problèmes logistiques du monde réel.

IBM, grâce à sa feuille de route quantique, prévoit de réaliser des avancées significatives cette année, en levant certains des principaux obstacles à la mise à l'échelle du matériel quantique.

D'ici 2026, la puce Kookaburra d'IBM permettra de créer un système de 4 158 qubits, marquant une avancée majeure dans les capacités de calcul quantique.

La vision de Jack Dongarra concernant l'avenir du supercalcul n'est pas seulement une prédiction scientifique, mais aussi un appel à l'action. La combinaison du calcul classique, quantique et de l'intelligence artificielle créera des capacités de calcul sans précédent, offrant ainsi la possibilité de relever les plus grands défis de l'humanité.

Comme l'a dit Jack Dongarra, nous entrons dans une nouvelle ère de l'informatique où les frontières entre le possible et l'impossible seront complètement redéfinies. La question n'est pas de savoir si cela se produira, mais si nous sommes prêts à saisir cette opportunité.

Source : https://dantri.com.vn/khoa-hoc/cach-ai-luong-tu-va-tinh-toan-co-dien-dinh-hinh-lai-sieu-may-tinh-20250807140924177.htm