Programme de modernisation du calcul haute performance

Le programme de modernisation du calcul haute performance du département de la Défense des États-Unis (HPCMP) a été lancé en 1992 en réponse à la directive du Congrès visant à moderniser les capacités de calcul haute performance des laboratoires du département de la Défense (DoD). Le HPCMP fournit des supercalculateurs, un réseau national de recherche, des outils logiciels haut de gamme, un environnement sécurisé et des experts en informatique qui permettent aux laboratoires et aux centres de test de la Défense de mener des activités de recherche, de développement, de test et d'évaluation technologique.

Le programme était administré par le Bureau du directeur de la recherche et de l'ingénierie de défense (maintenant appelé Secrétaire adjoint à la Défense pour la recherche et l'ingénierie ) jusqu'à l'exercice 2011, date à laquelle il a été transféré au bureau du Secrétaire adjoint de l'armée des États-Unis pour l'acquisition, la logistique et la technologie , où il est géré par le Secrétaire adjoint adjoint à la recherche et à la technologie.

Le programme comprend trois éléments principaux : les centres de ressources en supercalcul du DoD (DoD Supercomputing Resource Centers, DSRC), qui fournissent des supercalculateurs à grande échelle et du personnel d'exploitation ; le réseau de recherche et d'ingénierie de la défense (DREN), un réseau national de R&D à haut débit et à faible latence reliant les centres et les principales communautés d'utilisateurs ; et un ensemble d'efforts dans le domaine des applications logicielles pour développer, moderniser et maintenir des logiciels afin de relever les défis scientifiques et techniques du DoD. Le Dr Kevin Newmeyer est actuellement le directeur par intérim du HPCMP.

Le HPCMP finance et supervise le fonctionnement de cinq centres de supercalcul, appelés DoD Supercomputing Resource Centers, ou DSRC. Ces centres sont gérés par l' Engineer Research and Development Center de Vicksburg, dans le Mississippi, le Army Research Laboratory d'Aberdeen, dans le Maryland, le Naval Meteorology and Oceanography Command de Stennis Space Center, dans le Mississippi, le Air Force Research Laboratory de Dayton, dans l'Ohio, et le Maui High Performance Computing Center de Maui, à Hawaï. L' Arctic Region Supercomputing Center (ARSC) de Fairbanks, en Alaska, était un sixième DSRC jusqu'à ce que son financement soit interrompu en 2011.

Chaque centre abrite des supercalculateurs à grande échelle, des réseaux à haut débit, des systèmes de stockage de masse d'archives de plusieurs pétaoctets et des experts en informatique. Les centres sont gérés par le directeur adjoint des centres du HPCMP, qui finance également les activités à l'échelle du programme en matière d'assistance aux utilisateurs (le service d'assistance HPC) et de visualisation scientifique (le centre d'analyse et d'évaluation des données, ou DAAC).

Le réseau de recherche et d'ingénierie de défense (DREN) — un réseau informatique national à haut débit destiné à la recherche informatique, à l'ingénierie et aux tests du ministère de la Défense des États-Unis (DoD) — est un élément important du programme de modernisation du calcul haute performance du DoD (HPCMP).

DREN est le premier réseau étendu (WAN) du DoD pour les missions de recherche, de test et d'ingénierie. DREN est un réseau informatique national à haut débit, haute capacité, faible latence et faible gigue destiné à soutenir les communautés de calcul haute performance, de science et technologie, de test et d'évaluation et d'ingénierie d'acquisition du DoD. DREN relie les scientifiques et les ingénieurs aux sites de calcul haute performance (HPC) géographiquement dispersés du HPCMP, notamment les cinq centres de ressources de supercalcul du DoD (DSRC). DREN est installé sur plus de 210 sites du DoD, notamment des laboratoires de recherche, des centres de test, des universités et des sites industriels à travers les États-Unis (y compris Hawaï et l'Alaska).

Le réseau DREN de quatrième génération (DREN 4) est fourni dans le cadre d'un contrat de services commerciaux attribué à Verizon en 2021. DREN a été attribué par le passé à Lumen (DREN 3), Verizon (DREN 2) et AT&T (DREN 1). Les fournisseurs de services DREN construisent généralement DREN comme une superposition de réseau privé virtuel sur leur infrastructure de réseau commercial. Les capacités fournies par DREN 4 incluent des vitesses de transfert de données numériques allant de 1 Gbit/s à 100 Gbit/s. DREN 4 est un réseau IPv6, avec prise en charge de l'IPv4 hérité. Le HPCMP est actuellement en train de construire DREN 4 qui remplacera à terme DREN 3 lorsqu'il sera entièrement testé en 2022. Les deux réseaux fonctionneront en parallèle pendant environ un an pendant que les 210 sites seront transférés de DREN 3 à DREN 4.

En 2003, DREN a été désigné premier réseau IPv6 du ministère de la Défense par le secrétaire adjoint à la Défense pour les réseaux et l'intégration de l'information . Depuis lors, DREN est un pionnier au sein du ministère de la Défense et du gouvernement fédéral américain pour le déploiement d'IPv6, gérant à la fois des réseaux à double pile IPv4/IPv6 et des réseaux IPv6 uniquement. DREN fournit une base de connaissances IPv6 complète contenant les meilleures pratiques et les leçons apprises, disponible gratuitement sur le site Web du HPCMP.

Autres réseaux de recherche d’intérêt :

• CANARIE
• DANTE
• Réseau des sciences de l'énergie
• Réseau de recherche et d'éducation sans fil haute performance
• Réseau Internet2
• Réseau de recherche et d'ingénierie de la NASA

En plus des supercalculateurs et du réseau national de recherche à grande échelle, le HPCMP finance des applications logicielles qui aident le DoD à atteindre ses objectifs de recherche en garantissant que les applications importantes du DoD fonctionnent efficacement sur les supercalculateurs à grande échelle qu'il déploie.

Les instituts d'applications logicielles HPC, ou HSAI, sont des projets interdisciplinaires financés par le HPCMP mais exécutés dans les laboratoires du DoD. Le programme HSAI développe des outils pour résoudre les problèmes informatiques importants auxquels le DoD est confronté et pour développer une expertise HPC organique au sein du département.

Le programme de formation et d'amélioration de la productivité des utilisateurs (PET) du programme de modernisation du calcul haute performance (HPCMP) permet aux utilisateurs d'accéder à des experts informatiques possédant une expérience dans une grande variété de domaines techniques du calcul haute performance. L'équipe PET est disponible pour aider les utilisateurs du calcul haute performance à devenir plus productifs en utilisant les ressources du HPCMP dans le but d'accélérer les étapes et de réduire les coûts globaux liés au développement technologique pour les utilisateurs du DoD.

En plus de son expertise interne, l'équipe PET propose également une formation virtuelle sur l'utilisation efficace des logiciels, du matériel, de la mise en réseau, du transfert de données, du stockage de données et de la visualisation des données. PET facilite et favorise le transfert de connaissances scientifiques et techniques entre les utilisateurs de HPCMP et les communautés informatiques plus larges, y compris le DoD et d'autres agences fédérales. L'aide dans des domaines techniques spécifiques (TTA) fournit un large éventail d'expertise, y compris, mais sans s'y limiter, les nouvelles méthodes de livraison, l'exploration du matériel émergent, l'analyse de données haute performance (HPDA), le débogage des logiciels, l'amélioration des performances avec les codes utilisateur, les problèmes d'évolutivité et le portage de logiciels sur du matériel émergent.

PET propose trois modes d'assistance en fonction du type, de la durée et du niveau d'assistance utilisateur requis :

• Projets de mission (MP) : les projets de mission sont conçus pour aider les utilisateurs à résoudre des problèmes complexes dans des domaines critiques. Les MP durent entre 1 et 12 mois. Les scientifiques de l'équipe PET conseilleront et aideront à développer, appliquer et/ou utiliser des algorithmes et à maximiser l'utilisation des logiciels existants.
• Projets spéciaux (PS) : efforts concentrés impliquant des projets financés séparément qui peuvent inclure le personnel de soutien de l'équipe PET ou d'autres sous-traitants pour des défis spécifiques au projet/à l'utilisateur.
• Formation : Forme la communauté HPC aux outils et technologies applicables en utilisant les dernières technologies de collaboration, d'apprentissage à distance et de formation.

CREATE est un programme fédéré approuvé dans le cadre du processus de mémorandum d'objectifs de programme (POM) du DoD 2006, dont le financement a débuté en 2008. Le programme CREATE fait partie du programme de modernisation du calcul haute performance (HPCMP) du ministère de la Défense (DoD). Le HPCMP est exécuté par le laboratoire de technologie de l'information (ITL) du centre de recherche et de développement des ingénieurs (ERDC) du corps des ingénieurs de l'armée américaine (USACE) à Vicksburg, dans le Mississippi.

La charte de CREATE est de réduire le coût, le temps et les risques des programmes d'acquisition du DoD en développant et en déployant des applications logicielles multidisciplinaires basées sur la physique pour la conception et l'analyse d'avions militaires, de navires de guerre et de systèmes d'antennes radiofréquence (élargis pour inclure les véhicules terrestres en 2012) par les organisations d'ingénierie du DoD.

Le portefeuille de produits logiciels CREATE a été créé pour permettre le prototypage virtuel basé sur la physique et l'analyse des tests pour les principaux programmes d'acquisition du DoD et comprend les domaines de programme suivants :

• Conception de véhicules aériens (VA)
• Technologies Fondamentales (TF)
• Conception de véhicules terrestres (GV)
• Conception d'antenne radiofréquence (RF)
• Conception de navires (SH)
• Logiciel éducatif (Genesis)

CREATE-AV – Produits pour véhicules aériens

Kestrel – Conception et analyse d'un avion à voilure fixe

Plateforme d'analyse multidisciplinaire haute fidélité prenant en charge un large éventail de physiques couplées, notamment : l'aérodynamique, la thermochimie, la dynamique structurelle, la thermodynamique, la propulsion et les commandes de vol.

Helios – Conception et analyse d'un aéronef à voilure tournante

Logiciel aéro-structural haute fidélité pour l'analyse couplée CFD/CSD des aéronefs à voilure tournante : aérodynamique, dynamique structurelle et assiette, manœuvre, aérodynamique interactionnelle et effets de lancement aérien.

ADAPT - Conception, analyse, performances et espace commercial des aéronefs

Environnement d'analyse et d'optimisation multidisciplinaire (MDAO) permettant aux concepteurs de prendre en charge le développement des exigences préalables au programme des avions à voilure fixe du DoD.

CREATE-FT – Produit de technologies fondamentales

Capstone – Géométrie, maillage et génération d'attribution

Plateforme logicielle permettant de créer, modifier et interroger des maillages géométriques et des informations d'attribution afin de définir une représentation numérique (modèle numérique) pour la simulation basée sur la physique de systèmes d'ingénierie complexes.

CREATE-GV – Produit pour véhicule terrestre

Mercury – Conception et analyse des véhicules terrestres

Intègre les domaines physiques de la dynamique du véhicule, du groupe motopropulseur, de l'interaction pneu-sol et piste-sol, ainsi que les modèles de conducteur et de contrôle, permettant de multiples tests de performance tels que la qualité de conduite, les chocs sur obstacles discrets, la mobilité sur sol meuble, l'escalade de pentes de sable, la vitesse maximale, la stabilité du changement de voie et la stabilité des virages circulaires.

CREATE-RF – Produits d'antennes radiofréquence

SENTRi – Modélisation, conception et analyse d'antennes

Modélisation de structures complexes, y compris des structures de matériaux hautement hétérogènes avec des caractéristiques multi-échelles incluant : les conditions aux limites diélectriques, magnétiques, d'impédance et les feuilles résistives à valeurs complexes.

FLO-K – Outil de conception rapide d'antennes

Outil de conception rapide pour les structures périodiques telles que les surfaces sélectives en fréquence, les antennes à réseau phasé et les structures à bande interdite, y compris les structures tridimensionnelles complètes avec des feuilles diélectriques, magnétiques et d'impédance.

Aurora – Outil de prédiction de diagramme d'antenne

Prédiction précise des modèles d'antenne pour une analyse d'intégration de plate-forme complexe.

CREATE-SH – Produits pour navires

RSDE – Conception

Outil de conception conceptuelle permettant d'évaluer un spectre de paramètres de performance concurrents dans la conception des navires, notamment : la portée, la vitesse, l'armement, le soutien à l'aviation, la taille et la forme variables de la coque, les systèmes, les structures, l'alimentation et les charges utiles.

IHDE – Intégration, conception et analyse

Permet l'intégration d'une suite d'outils de conception et d'analyse de forme de coque permettant aux utilisateurs d'évaluer les performances hydrodynamiques (y compris la visualisation) dans les domaines de la résistance, de la tenue en mer, des charges hydrodynamiques et de l'opérabilité sous la forme de pourcentage de temps d'utilisation (PTO).

NavyFOAM – Modélisation et analyse de navires

Permet une analyse hydrodynamique haute fidélité et une prédiction des performances du navire, y compris la résistance, la propulsion, les manœuvres, la tenue en mer et les charges maritimes.

NESM – Boîte à outils multi-physique

Étend la boîte à outils multiphysique du laboratoire national de Sandia du ministère de l'Énergie, Sierra Mechanics, pour fournir un moyen d'évaluer la réponse des navires et des composants aux chocs et aux explosions externes.

ISDE – Analyse structurelle

Un environnement d'analyse structurelle multi-fidélité pour remédier aux insuffisances des outils de conception structurelle actuels en fournissant un pont de données informatiques entre la conception du concept structurel, les évaluations de premier ordre et l'analyse par éléments finis détaillée tout en introduisant les capacités de conception nécessaires aux besoins futurs de la Marine.

CREATE-Genesis – Suite d’outils pour l’enseignement aérospatial

Genesis CFD – Analyse de la dynamique des fluides

Fournit des capacités d'analyse de base de la dynamique des fluides computationnelle, notamment : un solveur Navier-Stokes non structuré à maillage unique (nombre de cœurs limité), un mouvement (prescrit et 6 DOF), des structures aéroélastiques basées sur un modèle modal et un modèle de moteur linéaire 0-D pour les conditions limites de propulsion.

Capstone – Géométrie, maillage et génération d'attribution

Plateforme logicielle permettant de créer, modifier et interroger des maillages géométriques et des informations d'attribution afin de définir une représentation numérique (modèle numérique) pour la simulation basée sur la physique de systèmes d'ingénierie complexes.

ADAPT - Conception, analyse, performances et espace commercial des aéronefs

Environnement d'analyse et d'optimisation multidisciplinaire (MDAO) permettant aux concepteurs de prendre en charge le développement des exigences préalables au programme des avions à voilure fixe du DoD.

Le tableau suivant résume la chronologie des directeurs de programme.

Depuis l'exercice 2012, le financement de base du HPCMP est assuré sur deux lignes du budget de l'armée, qui est lui-même une partie du budget du ministère de la Défense soumis chaque année par le président et approuvé par le Congrès. Le PE 0603461A prévoit des fonds pour la RDT&E qui font fonctionner les centres et le DREN, et finance les efforts de R&D à l'appui des objectifs du programme. Le poste numéro B66501 (ligne 103, BA 02, BSA 92) fournit des fonds d'approvisionnement pour l'achat annuel de nouveau matériel de supercalcul (à la fois des supercalculateurs et des systèmes associés).

Avant l'exercice 2012, le financement RDT&E du HPCMP était assuré sur le PE 0603755D8Z, tandis que les achats étaient financés sur le PE 0902198D8Z (P011).

Le tableau suivant résume les montants de financement demandés et approuvés par le comité pour la partie RDT&E du programme pour les exercices financiers fédéraux les plus récents (le financement des achats, qui est fourni sur une ligne différente du budget fédéral, n'est pas inclus dans ce tableau).

Le changement temporaire du numéro d'élément de programme pour l'exercice 2004 reflète une transition planifiée du programme de la gestion du Bureau du Secrétaire à la Défense à l'Armée de l'air ; cette transition n'a finalement pas eu lieu.