LESIA - Observatoire de Paris

Contrôle temps-réel de l’instrument

Projet Green Flash

vendredi 2 octobre 2015, par D. Gratadour

S’attaquer au problème de la puissance de calcul sans précédent nécessaire au contrôle des systèmes d’optique adaptative (OA) couplée au débit de données associé est un des défis majeurs identifiés lors des études de concept d’instruments pour l’E-ELT. Ainsi la loi de contrôle la plus simple appliquée à un système multi-étoiles-guides nécessitera une puissance de calcul de plusieurs centaines à un millier de GFLOP/s et des débits de données associés de l’ordre de la centaine de Gb/s. Alors que les designs actuels des systèmes de contrôle temps-réel de la plupart des instruments d’OA sont basés sur l’utilisation de micro-processeurs spécialisés (DSP) et/ou de puces à logique reprogrammable (FPGA), la complexité et l’échelle des systèmes de future génération rendent l’utilisation de ces technologies extrêmement coûteuse et risquée. De plus, du fait de la saturation de l’évolution de la puissance des processeurs X86 et de la voracité de ces derniers, l’utilisation de cette technologie nécessite la mise en place de structures conséquentes, très gourmandes en énergie.

Suite à l’évolution récente du marché du calcul haute performance, le développement d’une nouvelle solution pour les calculateurs temps-réel (en anglais real-time computer : RTC) s’appuyant sur des processeurs tels que les GPU pour remplacer les cartes DSP est une option attrayante. Ce matériel disponible facilement peut potentiellement fournir la puissance de calcul nécessaire pour un coût limité et avec une efficacité énergétique plutôt bonne. De plus, des modèles de programmation complets et optimisés sont disponibles et sont compatibles avec des bibliothèques mathématiques traditionnelles. Ce point est crucial pour assurer le développement d’une solution évolutive basée sur des standards. Les principales questions liées à cette stratégie sont les suivantes :

  • le nombre d’accélérateurs nécessaires (lié à la performance spécifique à l’application) et la véritable performance atteignable dans une configuration de mémoire distribuée,
  • la latence dans le transfert des données vers et depuis le GPU,
  • la possibilité d’effectuer la maintenance du système sur le long terme compte-tenu des évolutions rapides du marché du calcul haute performance et de l’inconnu qu’est la stratégie à long terme des fabricants pour ce marché.

Afin d’étudier cette stratégie ainsi que d’autres options technologiques comme l’utilisation de logiques reprogrammables (FPGA), notre équipe s’engage aujourd’hui dans un vaste programme de recherche (nom de code Green Flash) aux cotés de partenaires universitaires (Université de Durham au Royaume-Uni) et industriels (les entreprises PLDA en France et Microgate en Italie) visant à sélectionner et valider différents concepts pour le contrôle temps-réel des OA de l’E-ELT. D’une durée de 3 ans et pour un budget de plus de 4M€ financé en grande partie par le programme européen Horizon 2020, le but du projet Green Flash est une démonstration à pleine échelle d’un prototype de RTC pour un instrument tomographique multi-étoiles laser sur l’E-ELT. Bien que cela ne soit pas inclus dans le programme financé aujourd’hui, une validation sur le ciel du prototype et une évaluation de sa performance dans des conditions réelles est cruciale. Durant le projet, un instrument d’OA pouvant accueillir le prototype sera identifié et un plan d’intégration sera proposé à la fin de la phase de validation des performances.