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COMputing Platform for Adaptive optics SystemS : une plateforme hétérogène haute-performance pour le développement de l'optique adaptative de l'E-ELT – COMPASS

Plateforme haute-performance pour le développement de l'optique adaptative de l'E-ELT

Le but du projet COMPASS est de mettre en place une plate-forme de développement pour l'optique adaptative à l'échelle de l'E-ELT et comprenant un coeur temps-réel pouvant être directement intégré sur un véritable système. Le développement de cette plate-forme est basé sur l'utilisation de processeurs graphiques comme accélérateurs matériels.

Simulations et contrôle des systèmes d'optique adaptative dans un environnement unifié

L'Observatoire Européen Austral mène la conception du European Extremely Large Telescope (E-ELT), un télescope de 39m de diamètre, afin de doter l'Europe du plus grand oeil sur l'univers jamais construit, sa première lumière étant prévue en 2022. L'E-ELT sera le premier télescope dépendant entièrement de l'optique adaptative (OA), une technique instrumentale pour la correction dynamique d'aberrations dans un système optique, utilisée sur les télescopes astronomiques pour compenser, en temps-réel, l'effet de la turbulence atmosphérique. Les deux instruments de première lumière: ELT-CAM (un imageur à grand champ) et ELT-IFU (un spectrographe intégral de champ) sont tous deux conçus pour être couplés à des modules d'OA. Le partenariat PHASE, rassemblant la plupart des acteurs français de l'OA est l'un des contributeurs principaux aux modules d'OA, étant fortement impliqué dans les deux consortiums choisis pour mener les études de conception finales de ces deux instruments. La plate-forme hétérogène de développement pour les systèmes d'OA (COMPASS) doit fournir à la communauté PHASE des moyens puissants pour l'élaboration de ces deux modules dont les phases finales de conception commenceront en 2013. Basée sur une intégration totale du logiciel avec le matériel et en s'appuyant sur une architecture haute performance hétérogène, la plate-forme COMPASS sera utilisée pour effectuer des simulations réalistes du comportement et des performances des systèmes d'OA ainsi que pour concevoir et tester de nouveaux concepts pour le calculateur temps-réel (RTC), un composant essentiel de tout système d'OA.

Les simulations complètes d'observations avec l'E-ELT sont des applications de calcul intensif et en tant que tels de bons candidats pour l'utilisation des accélérateurs matériels tels que les processeurs multi-coeurs. Parmi ces accélérateurs, l'architecture CUDA a été conçue pour fournir des processeurs graphiques (GPU) équipés de fonctionnalités compatibles avec le HPC. La plate-forme proposée s'appuiera sur une architecture évolutive hétérogène, basé sur les GPU comme accélérateurs et utilisant des composants du commerce, capables de fournir la puissance de calcul suffisante pour un coût raisonnable. L'objectif principal du projet COMPASS est de fournir une plate-forme de développement complète pour l'OA à la communauté PHASE, capable de s'attaquer à l'échelle de l'E-ELT et comprenant un noyau temps réel qui peut être directement intégré à un véritable système. En outre, l'un des thèmes clés de ce projet est le développement d'un prototype d'acquisition et de traitement d'image à faible latence, dédiée aux systèmes d'OA et pleinement intégrée dans l'environnement de simulation. L'objectif du projet COMPASS est de mener des développements le long de quatre axes principaux: la modélisation de l'OA, le contrôle temps-réel pour l'OA, l'acquisition d'image à faible latence et la conception d'instruments pour l'E-ELT. Ce projet permettra de fédérer les efforts de différentes équipes aux compétences complémentaires allant de l'informatique de haute performance aux systèmes d'OA et à l'astrophysique autour d'une plate-forme de développement de haute performance. Des retombées dans chacun de ces domaines sont attendus d'une telle collaboration multi-disciplinaire.

A venir

Bien que ces développements soient principalement motivés par les besoins de l'instrumentation de l'E-ELT, ils pourraient avoir d'autres applications comme le traitement en temps-réel des flux d'images pour la détection, la reconnaissance et l'identification dans la surveillance et d'autres domaines tels que la défense, l'industrie, la sécurité ou la chirurgie.

A venir

L’Observatoire Européen Austral mène la conception du European Extremely Large Telescope (E-ELT), un télescope de 39m de diamètre, afin de doter l'Europe du plus grand œil sur l'univers jamais construit, sa première lumière étant prévue en 2022. L'E-ELT sera le premier télescope dépendant entièrement de l'optique adaptative (OA), une technique instrumentale pour la correction dynamique d’aberrations dans un système optique, utilisée sur les télescopes astronomiques pour compenser, en temps-réel, l'effet de la turbulence atmosphérique. Les deux instruments de première lumière: ELT-CAM (un imageur à grand champ) et ELT-IFU (un spectrographe intégral de champ) sont tous deux conçus pour être couplés à des modules d‘OA. Le partenariat PHASE, rassemblant la plupart des acteurs français de l’OA est l'un des contributeurs principaux aux modules d’OA, étant fortement impliqué dans les deux consortiums choisis pour mener les études de conception finales de ces deux instruments. La plateforme hétérogène de développement pour les systèmes d’OA (COMPASS) doit fournir à la communauté PHASE des moyens puissants pour l'élaboration de ces deux modules dont les phases finales de conception commenceront en 2012. Basée sur une intégration totale du logiciel avec le matériel et en s'appuyant sur une architecture haute performance hétérogène, la plate-forme COMPASS sera utilisée pour effectuer des simulations réalistes du comportement et des performances des systèmes d’OA ainsi que pour concevoir et tester de nouveaux concepts pour le calculateur temps-réel (RTC), un composant essentiel de tout système d’OA. Il fournira également des outils de décision essentiels pour optimiser la conception opto-mécanique des instruments qui seront développés. La simulation d'un système d’OA est intrinsèquement multi-physique impliquant les modèles de turbulence atmosphérique, la reconstruction tomographique ou encore la théorie du contrôle. En outre, des simulations complètes d’observations avec l’E-ELT sont des applications de calcul intensif et en tant que tels de bons candidats pour l’utilisation des accélérateurs matériels tels que les processeurs multi-coeurs. Parmi ces accélérateurs, l’architecture CUDA a été conçue pour fournir des processeurs graphiques (GPU) équipés de fonctionnalités compatibles avec le HPC. La plate-forme proposée s'appuiera sur une architecture évolutive hétérogène, basé sur les GPU comme accélérateurs et utilisant des composants du commerce, capables de fournir la puissance de calcul suffisante pour un coût raisonnable. L'objectif principal du projet COMPASS est de fournir une plate-forme de développement complète pour l’OA à la communauté PHASE, capable de s’attaquer à l'échelle de l’E-ELT et comprenant un noyau temps réel qui peut être directement intégré à un système réel. En outre, l'un des thèmes clés de ce projet est le développement d'un prototype d'acquisition et de traitement d'image à faible latence, dédiée aux systèmes d’OA et pleinement intégrée dans l’environnement de simulation. L'objectif du projet COMPASS est de mener des développements le long de quatre axes principaux: la modélisation de l’OA, le contrôle temps-réel pour l’OA, l'acquisition d'image à faible latence et la conception d’instruments pour l'E-ELT. Bien que ces développements soient principalement motivés par les besoins de l'instrumentation de l’E-ELT, ils pourraient avoir d'autres applications comme le traitement en temps-réel des flux d'images pour la détection, la reconnaissance et l'identification dans la surveillance et d’autres domaines tels que la défense, l'industrie, la sécurité ou la chirurgie. Ce projet permettra de fédérer les efforts de différentes équipes aux compétences complémentaires allant de l'informatique de haute performance aux systèmes d’AO et à l'astrophysique autour d'une plate-forme de développement de haute performance. Des retombées dans chacun de ces domaines sont attendus d'une telle collaboration multi-disciplinaire.

Coordinateur du projet

Laboratoire d'Études Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Galaxies - Étoiles - Physique - Instrumentation
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
Maison de la Simulation
Centre National de la Recherche Scientifique Délégation Provence et Corse _Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Office national d'études et de recherches aéronautiques
Laboratoire d'Études Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique

Aide de l'ANR 674 391 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2013 - 30 Mois

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