Qu’est ce qu’un FLOPS ?

Quelle puissance de calcul représente votre processeur ? Pour quantifier cette valeur et pouvoir déterminer de manière universelle les performances d’un processeur, on emploie différentes unités de mesures. Le FLOPS en fait partie.

FLOPS pour « FLoating point Operations Per Second » ou opérations à virgule flottante par seconde, désigne comme il indique : le nombre d’opérations avec des valeurs non entières (voir prochain paragraphe) que l’ordinateur est capable de calculer en une seconde. Une petite révision mathématique s’impose.

Ouvrez vos cahiers

tableau

Wikipédia l’explique si bien, quand on parle « d’opérations avec des valeurs non entières » on désigne le contraire des entiers relatifs (1, 2, 3, 178 mais aussi -2, -8, -1368 …), bref tout ce qui ne comprend pas de chiffres après la virgule. Les valeurs non entières sont donc composées de n’importe quel nombre avec un ou des chiffres après la virgule.

Prenez cet exemple :

4,2

Ce qui donne en binaire :

101010

Ou plus exactement :

1010

,

10

 

Évidemment l’ordinateur ne peut stocker la virgule de cette manière, il faut lui indiquer son emplacement. La virgule étant située au quatrième bit, on ajoute 100 (4 en valeur décimale) à la suite.

Voici ce que interprète votre processeur :

101010

100

 
 

ariane5

Ça va être psychédélique les gars !

Le nombre de chiffres après la virgule varie d’un programme à un autre et correspond à la précision du calcul. Plus on alloue de mémoire au logiciel, plus il sera en mesure de gérer un nombre important de décimales. Par exemple, le tableur Excel gère jusqu’à 15 décimales et en cas de dépassements (integer overflow) lors d’un calcul, il tronque le résultat. Un arrondissement plus ou moins souhaitable selon la situation … En 1996, un dépassement de capacité mémoire, aura produit le feu d’artifice le plus coûteux de notre histoire : l’explosion de la fusée Ariane 5.

Alors que la vitesse horizontale de l’engin était calculé sur une flottante de 64 bits, le calculateur de bord procédait à une conversion vers un entier de 16 bits. La conversion a soudain dépassé la valeur maximale, puis a entraîné une violente correction de trajectoire suite à une déviation qui n’a en fait jamais eu lieu. 370 millions de dollars désintégrés.

Montre moi ce qu’il a dans le ventre

Maintenant que vous avez une idée de comment votre processeur gère les virgules flottantes, intéressons nous à du concret : les 500 super-ordinateurs les plus rapides au monde. Ou plus particulièrement, à l’incontestable champion de cette folle course, le Sequoia. Ayant pris la tête du classement en juin dernier, son immense puissance de calcul a surpassé de 55% celle de l’ancien number 1, le K computer.

super ordinateur

Monsieur fait un tour de magie

Développé par IMB, le Sequoia est composé de 98 304 processeurs de 16 cœurs cadencés à 1.6GHz et peut traiter jusqu’à 16 324 Tera FLOPS. Sa prestation énergétique est également très remarquable. En effet, le super-ordinateur est très efficient car il ne consomme « que » 7,9 mega watts contrairement à 12,6MW pour le K computer. Son excellent ratio FLOPS/Watt est le résultat du projet Blue Gene. Autrement dit, une architecture qui consiste à assembler des milliers de petits processeurs basse consommation pour former ce qu’on appelle, du calcul massivement parallèle. A cette échelle, les questions de refroidissement, de consommation, de bruit engendré et de fiabilité, représentent un casse tête monstrueux. Le parallélisme semble être une des meilleures solutions pour répondre à ces problèmes.

Et mon CPU dans tout ça ?

Où se situe votre processeur face à l’imposant Sequoia ? C’est ce que je vous propose de découvrir avec ce graphique fait maison. Petites explications au préalable. En l’axe des Y, la lettre précédent FLOPS correspond tout simplement à Kilo, Mega, Peta … On retrouve en X, une série de processeurs que je ne manquerai pas de décrire sous le graphique. Pour finir, l’échelle est logarithmique dû à l’immense variation des valeurs.

graphique

Situons un peu ces différents processeurs. Dans l’ordre chronologique, c’est le Cray-1 le plus âgé. C’est un super-ordinateur lancé en 1976 et qui a permis au groupe Cray de connaitre un énorme succès jusque dans les années 90. Presque 10 ans plus tard, Intel sort le micro-processeur grand public i386.
2003, l’inoubliable Pentium 4 fait son apparition et donnera naissance à de nombreuses déclinaisons. Beaucoup plus récemment, en 2011, avec l’expansion des tablettes et des smartphones, les puces ARM ont pris de plus en plus d’envergure. Leur conception ne favorise pas les mêmes instructions ni la même architecture que les processeurs x86 (Intel/AMD), d’où leur plus faible puissance de calcul.

Entre le i7 3960X (2012) et BOINC, se glisse une carte graphique dernière génération. On s’aperçoit qu’elle est de loin supérieure à un CPU et ce n’est pas un hasard. L’architecture d’un GPU repose sur des dizaines, voire des centaines de mini-cellules de traitement très orientés calcul vectoriel. Sa présence est plus à titre d’indication car intégrer de telles solutions engendre plusieurs problèmes : consommation énorme, refroidissement, bruit, coût en cas de panne, flexibilité, mais également au niveau des applications moins rependues que sur les processeurs.

Terminons avec le projet BOINC, une plate-forme de calcul partagé open source, au quelle des milliers d’utilisateurs participent avec leur propre ordinateur. Y figure en autre, le programme SETI pour en autre détecter la présence de vie extraterrestre (SETI) ou encore contribuer à la recherche médicale … Un ensemble d’utilisateurs qui à travers Internet, représentent tout de même 6,1 Peta FLOPS.

Comme disait Seymour Cray « Tout le monde peut fabriquer un processeur rapide. L’astuce, c’est d’obtenir un système performant. »

Commentaires

  1. Par qwerty

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  2. Par Rolinh

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  3. Par Nicolas

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  4. Par Rolinh

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    • Par Chlore

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  5. Par BibiSky51

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  6. Par Botpass

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    • Par Nicolas

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