Evolutions dans le traitement et le stockage des données

L'augmentation de la puissance des micro-processeurs

Les GRID (grille) ou la puissance de calcul en réseau

Mille millions de milliards d'octets !

L'augmentation de la puissance des micro-processeurs

Rappel de la loi de Moore :
Doublement, tous les 18 mois, du nombre de transistors intégrés sur une puce. "Loi" établie en 1965 par Gordon Moore, fondateur d'Intel.

Vérification de la loi depuis 30 ans :
 

(d'après J.M. Cornu, Internet. Les technologies de demain)

Exemples de cette puissance :
- "La puissance d'une carte de voeux jouant Happy Birthday est supérieure à l'ensemble de la puissance informatique qui existait sur terre dans les années 50".

- les routeurs d'Arpanet (les IMP) avaient une mémoire vive de 512 Ko en 1969

Conséquences de cette augmentation de la puissance des ordinateurs :
le franchissement de nouveaux "seuils d'usages"

Ex. :
- 5000 transistors : traitement du texte
- 200 000 transistors : traitement son et image
- 64 millions de transistors : appareil photo numérique
- 500 millions de transistors : stockage de la musique sur une carte
- 1,6 milliards de transistors : carte personnelle de stockage de données
- 4,8 milliards : films sur carte

Prévisions :
- entre 2002 et 2007, puissance de calcul sera de nouveau multipliée par 10 !
> processeurs Intel de 64 bits de 16 à 24 GHz

*** Mais va-t-on vers la fin de la loi de Moore ?

Extrait de Internet Actu nouvelle génération, n° 14, 15 janvier 2004 : (http://www.kiosqueist.com/IANG_abonnement.html) :

• "2021, l'année de la retraite pour la loi de Moore
  Selon un article de quatre chercheurs d'Intel publié dans les Annales de l'Ieee (Institute of Electrical and Electronics Engineers) de novembre 2003, c'est en 2021 que la loi de Moore devrait cesser de s'appliquer. Autrement dit, il ne serait alors plus possible de réduire la taille des transistors pour rendre les processeurs plus petits, plus puissants et moins coûteux. Il faudra alors trouver d'autres manières d'obtenir les mêmes résultats.
  L'info : http://news.com.com/2100-7337-5112061.html
  Selon un article de la revue Science, les ordinateurs du futur travailleront à l'échelle de la molécule. Leur conception tirera parti des connaissances en biologie :
  http://www.silicon.fr/click.asp?ID=3083&news=180"

Les recherches sur de nouvelles technologies remplaçant le silicium s'orientent dans deux directions :

• l'ordinateur quantique :

- mis au point en 1999 ;
- ordinateur fonctionnant selon certaines particularités de la mécanique quantique, permettant à un atome d'être dans plusieurs états possibles...
Conséquences :
- possibilités énormes de calculs en parallèle :
> exemple : pour un tri de 10 000 objets : 5000 étapes nécessaires avec un ordinateur classique, 100 étapes avec un ordinateur quantique
 
• le bio-ordinateur :

- recherches sur l'utilisation des bio-technologies en informatique
- création de puces avec de l'ADN...
 

En bref :
- puissance de calcul colossale dans les ordinateurs à venir, pouvant faire franchir de nouveaux seuils d'usage encore inédits :
- par ex. la reconnaissance vocale, la reconnaissance des gestes...
- énormes progrès dans le traitement et diffusion du multimédia et de la vidéo

- plusieurs ordinateurs alimentent un réseau en puissance de calcul (analogie avec le réseau électrique)

- principe : mettre en commun les moyens de traitement et de stockage des données, répartis dans les ordinateurs connectés et largement sous-utilisés.

• Fonctionnement :
  Trois éléments essentiels :
  
  • Réseaux de transmission à très haut débit : gigabit (un milliard de bits/sec.)
  • Moyens de calcul et de stockage : "noeuds" de la grille (tous les ordinateurs et calculateurs en réseau)
  • Logiciels de contrôle et de sécurisation de l'accès au réseau
    
    

- flux de données échangées gigantesques (de l'ordre du peta-octet : 1 million de milliards d'octets !)

- nombreuses applications et enjeux scientifiques, pour des calculs complexes (en physique..)

Exemples de GRID :

• • réseau Grid américain :
    en 2002, rassemble 3300 serveurs répartis dans 4 centres de calcul, et fournissant une puissance de calcul de 13,6 tera-flops (13 milliards d'opérations par seconde)
    
    
  • Projet européen de grille de calcul DataGrid :
    Lancé par le CERN, regroupant le CNRS, l'Agence Spatiale Européenne, les instituts de physique nucléaire italien, néerlandais, anglais ; projet financé par l'Union européenne (9,8 millions d'euros sur 3 ans).
    Idée : mise en synergie de tous les ordinateurs de laboratoire en Europe.
    Puissance de calcul quasi-illimitée.
    Application principale : traitement des quantités phénoménales de données, générées par le LHC (Large Hadron Collider), le nouvel accélérateur de particules développé au CERN ; le plus puissant du monde :
    "Au LHC, des paquets de protons entreront en collision 40 millions de fois par seconde au coeur d'énormes détecteurs, engendrant un déluge de données équivalent à celui de vingt conversations téléphoniques simultanées de chaque habitant de la planète." (un chercheur du CERN ; voir article Le Hir, Pierre. Les chercheurs entrent dans l'ère du calcul partagé. Le Monde, 12 avril 2001, p. 24)
    
    
• A l'origine des projets de GRID, les énormes besoins de calcul de la science :
  • en physique : accélérateurs de particules
  • en astronomie : cf le programme SETI@home, sur le décryptage de signaux extraterrestres
  • en météorologie : modèles de simulation, traitement des données fournies par les satellites...
  • en biologie : modélisation des protéines, bases de données en génomique...
  • en recherche médicale : cf projet de l'université d'Oxford pour faire analyser la structure en trois dimensions d'une centaine de molécules pouvant agir contre le cancer : mobilisation d'une chaîne de un million d'ordinateurs !
    

• Extensions de cette idée de grille :
  • au réseau des internautes, avec les technologies peer-to-peer
    
    
  • dans l'industrie informatique:
    • Exemple d'IBM, qui fait du "grid computing" l'un de ses axes stratégiques majeurs de développement à partir de 2003 ; très gros investissements de moyens par IBM dans le calcul partagé, accords de partenariat (notamment avec le CNRS), etc.
      
      
      
• Effets imprévisibles de ces innovations :
  - avec la mise en commun des ressources, des données et de la puissance de calcul, franchissement de seuils qualitatifs

Augmentation régulière des capacités de stockage des ordinateurs et des supports de sauvegarde, supérieure à l'augmentation de la puissance de calcul.

Pour exemple:

(d'après J.M. Cornu, Internet. Les technologies de demain)

Depuis le premier disque dur RAMAC en 1956 (50 disques de 61 cm, d'une capacité de 5 Mo et pesant 1 tonne !) jusqu'à aujourd'hui : augmentation constante et spectaculaire des capacités de mémoire.
Changement d'échelle, avec le passage du kilo au tera-octet (puis au Yotta-octet !) :

• Kilo-octet (Ko) : mille octets, soit une demi-page de texte
• Méga-octet (Mo) : 1 million d'octets, soit quelques petites photos compressées
• Giga-octet (Go) : 1 milliard d'octets, soit plus d'1 heure de vidéo
• Tera-octet (To) : 1000 milliards d'octets, soit 75 chaînes TV enregistrées pendant 24 h !
• Peta-octet (Po) : 1 million de milliards d'octets, soit 1/3 de la mémoire installée dans le monde en 2000
• Exa-octet (Eo) : 1 milliard de milliards d'octets, soit 1/3 de l'ensemble des informations, numériques ou non, produites dans le monde en 2000
• Zetta-octet (Zo) : mille milliards de milliards d'octets, soit 100 fois plus que l'ensemble de l'information produite depuis le début de l'humanité
• Yotta-octet (Yo) : un million de milliards de milliards d'octets ; le plus grand préfixe....

Doublement tous les 9 mois de la capacité des disques durs.
Actuellement, disques durs de l'ordre du Go, mais prévision, pour 2007, de disques durs atteignant le téra-octet ! Plafonnement possible de la technique vers 2005-2007 avec le tera-octet.

Quelles conséquences ?
- baisse spectaculaire du prix du mega-octet (de 10$/Mo en 1990 à 0,02$/Mo en 2000)
- nouveaux seuils d'usage franchis :

• • stockage illimité de la vidéo : une centaine de vidéocassettes stockées sur un disque de 120 Go ; avec un disque dur de 1,5 To, possibilité d'enregistrer programmes d'une journée d'une centaine de chaînes TV
    
    
  • développements nouveaux en robotique : mémoire possible pour les robots
    
    
  • usages encore imprévisibles...

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  © URFIST Bretagne-Pays de Loire, Alexandre Serres, 2002