Methodes durables et faible consommation pour SKA – SEAMS

Le Square Kilometre Array Observatory (SKAO) est un projet international ambitieux visant à développer le plus grand observatoire radio du monde. Ses deux télescopes (Australie et Afrique du Sud), observeront le ciel dans une large gamme de fréquences avec une sensibilité sans précédent, permettant aux astronomes d'explorer les grandes questions de la physique fondamentale, de l’astrophysique et de la cosmologie. La phase 1 de construction devrait être achevée en 2029, incluant deux calculateurs dédiées qui traiteront les flux continus de signaux des télescopes à une échelle sans précédent (environ 10 Tb/s en entrée) pour être réduits en temps réel d’un facteur mille afin de produire plus de 700 Po/an de données scientifiques qui seront distribués à divers centres de données à travers le monde. La durée de vie de plusieurs décennies envisagée pour cette infrastructure fait de la durabilité une préoccupation majeure, incluant l'efficacité énergétique et la maîtrise des coûts pour l'intégration, les opérations et la maintenance.
SEAMS vise à explorer des stratégies à haut risque et à fort potentiel pour améliorer la durabilité de SKAO, en complément de son plan de R&D, en particulier l'empreinte énergétique des calculateurs grâce à l'utilisation de technologies souveraines européennes frugales.
Combinant l'expertise de 6 partenaires, le consortium s'appuiera sur la co-conception matériel-logiciel multi-échelle pour ordonnancer de manière optimale l'exécution de pipelines de traitement de données vers des accélérateurs génériques économes ainsi que des accélérateurs spécifiques à un domaine. La méthodologie repose sur une architecture matérielle innovante (Coarse-Grained Reconfigurable Architectures ou CGRA), fournissant une solution pour le traitement frugal des données, ainsi que sur l'utilisation de la sémantique de flux de données synchrones paramétrés et interfacés (PiSDF), capable de limiter la croissance exponentielle des graphes Homogeneous SDF pour les pipelines très complexes tels que l'imageur de SKA. Un processus itératif entre le prototypage rapide avec l’outil PREESM et la conception matérielle du CGRA favorisera la co-conception d'une solution optimisée au niveau d’un seul nœud et sur une architecture hétérogène multi-nœuds hébergeant une variété d’accélérateurs matériels. Les résultats attendus de SEAMS incluront 1) la conception d'accélérateurs optimisés pour traiter efficacement les pipelines complexes de SKA et 2) de nouvelles méthodes pour ordonnancer l'exécution en continu à faible puissance et à haut débit. L'ambition de SEAMS est de combler l'écart de programmabilité et de performances entre les processeurs à usage général et les processeurs à jeu d'instructions spécifiques à un domaine afin de migrer les données et les tâches vers la ressource la plus durable dans la cyber-infrastructure du SKA.
Les méthodes et prototypes seront évalués expérimentalement sur des données de NenuFAR, un précurseur de SKA en s'appuyant sur un calculateur expérimental, STREAMS, fournissant un environnement réaliste et hébergé à l'IDRIS, l'un des principaux centres de calcul en France. Le projet aborde des thèmes centraux du programme ciblé car il promeut et étend, par le biais de la co-conception, de nouveaux environnements de programmation pour des architectures hétérogènes, incluant la gestion de leur consommation d'énergie, en mettant l'accent sur l'une des plus grandes cyber-infrastructures devant être construite pour la science.
Ce projet offrira ainsi de nombreuses opportunités de fertilisation croisée avec d'autres domaines d'application, compte tenu de l'expertise complémentaire des partenaires de recherche. À moyen terme, les résultats de ce projet alimenteront l'effort de co-conception de SKAO pour soutenir sa stratégie de développement durable. SKA étant une initiative mondiale, une telle collaboration multidisciplinaire et transsectorielle aura une influence considérable aux niveaux européen et international.