Comment l'IA, l'informatique quantique et classique transforment 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.

En tant que lauréat du prix Turing 2021 (également connu sous le nom de prix Nobel de l'informatique) et l'un des fondateurs de la liste Top 500, qui classe les supercalculateurs les plus puissants du monde, les opinions de Dongarra sur l'avenir du supercalcul sont des guides importants tant pour la communauté scientifique que pour l'industrie dans son ensemble.

Ordinateurs hybrides - Solutions pour l'avenir

Selon Dongarra, la prochaine génération de supercalculateurs ne sera pas simplement une mise à niveau matérielle traditionnelle, mais une combinaison intelligente 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 assumera 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, en particulier dans les simulations moléculaires pour découvrir de nouveaux médicaments ou matériaux.

Ces problèmes sont d'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 traiter beaucoup plus efficacement.

Parallèlement, les processeurs et les GPU traditionnels continueront d'assurer les principales tâches de calcul, notamment le traitement du big data et l'exécution des algorithmes d'IA. Cette répartition judicieuse des tâches optimise non seulement les performances, mais permet également d'exploiter pleinement les atouts de chaque type de processeur.

L'une des perspectives les plus originales de Dongarra concerne le rôle de l'IA dans le futur système de supercalcul. Il considère l'IA non pas comme une simple application exécutée sur un supercalculateur, mais comme le « lien » qui connecte et coordonne l'ensemble du système.

Jack Dongarra joue un rôle clé dans le calcul haute performance (Photo : Département américain de l'énergie).

Selon Dongarra, l'IA optimisera les supercalculateurs en temps réel grâce à des techniques de modélisation prédictive pour allouer intelligemment les ressources. Le système sera capable de décider automatiquement quand utiliser les processeurs classiques, quand passer aux QPU et comment les coordonner pour une efficacité optimale.

Cette vision se concrétise à travers de nombreux projets pionniers.

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

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

Nouveaux défis dans la course technologique mondiale

Dongarra n'a pas non plus hésité à évoquer 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 récentes avancées de la Chine dans ce domaine, comme l'ordinateur quantique Jiuzhang qui peut effectuer des tâches 180 millions de fois plus rapidement que le supercalculateur le plus puissant, ou le processeur quantique Zuchongzhi 3.0 avec 105 qubits, ont sonné l'alarme pour les pays occidentaux.

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

L'attribution du prix Jack Dongarra Early Career Award de cette année au Dr Lin Gan de l'Université Tsinghua (Chine) pour ses contributions aux algorithmes HPC qui relient les systèmes classiques et quantiques confirme encore davantage le caractère mondial de cette course.

Dongarra a appelé à une coopération internationale accrue par le biais d’organisations comme North American Artificial Intelligence (NAAI), qu’il a récemment rejoint, pour promouvoir l’intégration éthique de l’IA dans les supercalculateurs.

Dongarra souligne des défis tout aussi importants en matière de développement des ressources humaines. Il existe encore une pénurie importante de talents dotés d'une expertise interdisciplinaire en IA, en informatique quantique et en calcul haute performance.

Même si des initiatives comme le Texas Quantum Program élargissent le vivier de talents, une préparation généralisée est encore loin d’être acquise.

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

Des applications révolutionnaires vous attendent

Le potentiel des systèmes hybrides de supercalcul n'est pas seulement théorique. Des applications pratiques se développent à un rythme soutenu, 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 pour découvrir de nouveaux composés pharmaceutiques plus rapidement et plus précisément.

En ce qui concerne le changement climatique, la capacité à traiter les modèles climatiques mondiaux à haute résolution aidera les scientifiques à mieux prévoir et réagir aux événements météorologiques extrêmes.

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

Pour concrétiser cette vision, Dongarra a souligné l'importance de construire une infrastructure adaptée. Celle-ci comprend non seulement du matériel de pointe, mais aussi des intergiciels permettant d'intégrer les circuits quantiques aux ressources informatiques classiques.

Le supercalculateur japonais ABCI-Q (Photo : Wccftech).

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

De même, des projets européens tels que le supercalculateur allemand Jupiter, le japonais Fugaku et le polonais PSNC ont tous commencé à intégrer du matériel informatique quantique. L'annonce par le Danemark de son projet de construire le supercalculateur quantique Magne, doté initialement de 50 qubits logiques, en collaboration avec Microsoft et Atom Computing, reflète également cette tendance mondiale.

Préparez-vous pour une nouvelle ère qui commence

Dongarra prédit que la période 2025-2030 verra une explosion des applications hybrides quantique-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 améliorés par quantique appliqués à des problèmes logistiques du monde réel.

IBM, avec sa feuille de route quantique, espère réaliser des avancées significatives cette année, supprimant certains des plus gros obstacles à la mise à l'échelle du matériel quantique.

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

La vision de Jack Dongarra sur l'avenir des supercalculateurs n'est pas seulement une prédiction scientifique, mais aussi un appel à l'action. La combinaison de l'informatique classique, quantique et de l'IA créera des capacités de calcul sans précédent, ouvrant la voie à la résolution des 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'inaccessible seront complètement redéfinies. La question n'est pas de savoir si cela se produira, mais si nous sommes prêts à le saisir.

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