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  • 1. Agence des Math´matiques en Interaction avec e les Entreprises et la Soci´t´(AMIES) ee Workshop Calcul Haute Performance Georges-Henri Cottet, Christophe Prud’homme E-Mail: georges-henri.cottet@agence-maths-entreprises.fr, christophe.prudhomme@agence-maths-entreprises.fr WWW: http://www.agence-maths-entreprises.fr LinkedIn: Club Math´matiques Entreprises e 20/8/2012
  • 2. Contexte - “Without mathematics it is like walking in the dark (Werner vonSiemens)” Rapports De nombreux rapports, (internationaux, europ´ens et nationaux) e positionnent les math´matiques comme un ´l´ment central de la e ee future soci´t´ de la connaissances. ee Initiatives Smith Institude/KTN, Fraunhofer Institutes, Matheon, MITACS... France: National: AMIES, HPC-PME,... Local: IRMIA, MaiMoSiNE, CeStatS, Centre Blaise Pascal,...
  • 3. Les Mathematiques Les outils math´matiques e En d´crivant les objets et process du monde r´el, les e e math´matiques fournissent une approche unique pour e ´tablir des relations de mani`re quantitative e e d´crire des syst`mes complexes e e analyser leur comportement, optimiser et controler leur sortie Math´matiques et HPC e Les math´matiques num´riques e e ont obtenu durant ces derni`res e d´cennies des gains de e performances similaires ` ceux de a la loi de Moore (facteur 2 tous les 18 mois). D´fi & Opportunit´! e e
  • 4. Collaboration Math-Entreprises en France? Constat Collaborations math-entreprises peu visibles Difficult´s de communication (Langage) e ´ Echelles de temps diff´rentes e M´fiance e Id´es pr´concues des difficult´s et des probl´matiques e e e e universitaires et industrielles Collaborations math-entreprises mal evalu´es dans la carri`re e e universitaire ... Opportunit´s e CNRS/INSMI et INRIA tr`s actifs pour les relations e math-entreprises Soci´t´s savantes SMAI et SFDS tr`s actives ee e
  • 5. Agence des Math´matiques en e Interactionavec les Entreprises et la Soci´t´ ee
  • 6. AMIESUne Unit´ de service, labellis´e “Laboratoire d’Excellence” en e e2011, tˆte d’un r´seau irriguant toutes les disciplines e emath´matiques dans tous les labos de maths eObjectifPromouvoir et Fluidifier les transferts math-entreprise/soci´t´, eenotamment vers les PMEPartenaires3 partenaires institutionnels: CNRS(porteur), INRIA et UdG.Des actions regroup´es dans 3 programmes: Formation, eStimulation de la recherche, Vitrine
  • 7. Structuration de l’Agence Structuration un bureau (directeur, facilitateurs, responsables programmes formation et stimulation) comit´ de pilotage : partenaires institutionnels + e repr´sentants des soci´t´s savantes (SfdS, SMF, SMAI), fixent e ee les orientations strat´giques et les budgets e conseil scientifique (form´ d’acad´miques et industriels) pour e e ´valuer les programmes d’AMIES et discuter ses orientations e scientifiques Aspects contractuels AMIES se situe en amont des engagements contractuels ´ventuels, e qui doivent se faire selon les r`gles et accords en usage dans les e universit´s et organismes des chercheurs. e
  • 8. R´seau de facilitateurs e Mise en oeuvre 7 correspondants r´gionaux et e th´matiques de l’agence pour la e mise en oeuvre des programmes: mettent en relation industriels et laboratoires / formations mettent en oeuvre localement les programmes d’AMIES connectent avec les collectivit´s locales et leurs e portails vers les entreprises assurent la communication agence - laboratoires
  • 9. Programme: Stimulation de la Recherche I Stimulation de la recherche: connecter entreprises et chercheurs/´tudiants en maths e soutenir et ´valuer des projets exploratoires e Appel ` projets a mise en place des soutiens ` projets exploratoires, auxquels a peuvent s’adosser des stages en entreprise Peps-1: initialiser une collaboration entre un laboratoire et une entreprise. Le financement porte sur des d´penses de missions e et/ou petit ´quipement. L’aide maximale est de 10 keuros sur e un an. Peps-2: collaboration d´j` entam´e, apporter un soutien plus ea e important en moyens humains (poste-doc, ing´nieur). Un e PEPS 2 pourra ´videmment faire suite ` un PEPS 1. e a Engagement chiffr´ de l’entreprise (humain et/ou financier) e
  • 10. Un exemple de Projet Exploratoire Math-Entreprise Collaboration entre l’IRMA (P.Helluy) et Axessim (PME) pour la simulation num´rique d’un g´n´rateur de rayon X. e e e simuler les flux d’´lectrons entre la e cathode et l’anode lors d’une radiographie m´dicale e par un g´n´rateur de e e rayons X coupler une m´thode e d’´l´ments ee finis/m´thode e Particle-In-Cell (PIC) Figure : Coloriage par le champs ´lectrique e et champ d’´lectrons arrach´s ` la surface e e a Projet PEPS (1 stage de la cathode. + fonctionnement) et maintenant 1 th`se e CIFRE
  • 11. HPC-PME: GENCI, INRIA, OSEO Objectif : amener les PME ` “ se poser la question de la a simulation num´rique “ et leur d´montrer le gain de comp´titivit´ e e e e obtenu avec le HPC on est partenaire via l’INRIA (partenaire du labex) sur HPC-PME et HPC est juste la partie emergee des besoins en simulation des PME (avant) accompagnement par diff´rentse acteurs(inria,genci,poles...) et (apres) mise en contact avec l’industrie du HPC l’INRIA nous propose de prendre en charge un programme plus general ”simulation” ce que nous voyons dans ce programme : la possibilite de connecter a des PME a partir de leurs besoins de simulations, avec l’idee que ca peut aussi permettre de remonter en amont (modelisation, traitement de donn´es)e autour des logiciels (developpement, validation, certification, ..), promouvoir des modeles d’interaction pme-laboratoires-centres de calcul http://www.initiative-hpc-pme.org
  • 12. Programme: Formation Formation favoriser les contacts ´tudiants/entreprise (stages, CIFRE, e doctorants-conseils ..), valoriser les formations de math´matiques dans l’entreprise e SEME study groups et modeling weeks (SEME) : apprentissage des maths en entreprise sur des cas concrets SEME @ IHP/Paris du lundi 4 au vendredi 8 avril 2011 SEME @ UCB/Lyon du 28 novembre au 2 d´cembre 2011. e SEME @ Toulouse (juin 2012), @Paris (sept. 2012), @Nancy (Jan. 2012), @Grenoble (juin 2013) http://www.maths-entreprises.fr/ FEM Organisation du Forum Emploi Math´matiques ` Paris le 26 janvier e a 2012. Liste de diffusion d’emploi hebdomadaire (≈ 1000 inscrits).
  • 13. Un exemple de SEME 2 SEME ont ´t´ organis´es en 2011 (Paris@IHP et Lyon@UCB) sur ee e des sujets tr`s vari´s. e e Lyon: 28/11/2011-02/12/2012 PicViz: Repr´sentation de donn´es massives en grande e e dimension. trouver des structures dans des nuages de points en grande dim et ˆtre capable de mapper ces points par des e surfaces/courbes. Oberthur: Crypto-Analyse. Classification de courbes de consommation et amelioration d’AES en boite blanche Rio-Tinto Alcan: Analyse de donn´es multi-vari´es. e e D´terminer les param`tres pr´pond´rants (causalit´s et e e e e e cons´quences) lors de crises demandant un remplacement e massif d’anode dans des cuves d’aluminium PEP(Centre technique de la plasturgie): mod´lisation et e simulation de l’injection de polym`re dans un moule e
  • 14. Programme: Vitrine Vitrine donner une visibilit´ nationale ` l’interface math-industrie, e a r´pertorier les PME, laboratoires et formations de math e susceptibles de tirer profit des actions d’AMIES agir comme interlocuteur des d´cideurs politiques et de la e soci´t´ (minist`re,ANR, Europe, soci´t´s savantes ..) ee e ee Master Math-Entreprises ´ Etat des lieux des master math par les soci´t´s savantes ee identification des master math-entreprises et affichage sur le site de l’AMIES Catalogue Comp´tences e ´ Etablissement d’un catalogue de comp´tence en direction des e entreprises en utilisant par exemple l’exp´rience de e
  • 15. Programme: Vitrine Soutien ` Manifestations a AMIES soutient les manifestations pr´sentant un volet e mathematiques-entreprises par exemple sous la forme de atelier sur les collaborations math´matiques-entreprises e conf´rences d’acad´mique et industriels ` l’interface e e a Exemples (site web AMIES): Workshop ”Nouvelles m´thodes stochastiques de pr´visions e e individuelles de courbes dans le domaine de l’´nergie” (@IHP e 5 avril 2012) Rencontre SMAI-Industrie ”Energies renouvelables” (@IHP 10 avril 2012)
  • 16. Programme: Vitrine Rencontres INRIA En tant que partenaire AMIES, l’INRIA donne acc`s ` e a l’AMIES aux rencontres INRIA. Objectifs: faire connaitre aux PME du domaine des r´sultats de la e recherche publique en sciences num´riques, e d’initier des discussions avec elles afin de d´velopper des e collaborations. 8 mars @ Grenoble Rencontre INRIA-industrie sur “Sciences Num´riques et efficacit´ ´nerg´tique “, finances(@Paris 3 avril) e ee e Prochaines rencontres: hpc/simulation (@Paris 2013), simulation en bio-m´dical (@Strasbourg Novembre), e application web(d´but 2013) e
  • 17. Programme: Vitrine Cemracs 2012 AMIES est partenaire du CEMRACS 2012 ` Marseille et peut aider a (financi`rement) pour des projets industriels e M´thodes num´riques et algorithmes pour e e architectures hautes performances http://smai.emath.fr/cemracs/cemracs12/ Workshop HPC le HPC pour quel type d’applications ? quels gains esp´rer pour quel investissement (en temps de e d´veloppement, en hardware) ? e quels types d’algorithmes ? quel partenariat envisager avec des laboratoires universitaires et entre entreprises partageant les mˆmes besoins ? e quel support institutionnel (INRIA, AMIES, pˆles de o comp´titivit´ ..) ? e e
  • 18. Offre Autour de la Simulation et du Logiciel Libre
  • 19. Un constat sur le calcul scientifique et le libre Cout prohibitif des logiciels commerciaux pour un grand nombre de types d’utilisation (PME, monde ´ducatif...) e De nombreuses entreprises dont des grands groupes font le choix strat´gique du logiciel libre en France et ` l’´tranger e a e (e.g. EADS, EDF, AUDI, Mercedes, BMW...) La complexit´ croissante des probl`mes de simulation et du e e besoin d’ouverture, de transparence et de reproductibilit´ et e que le libre apporte des solutions dans chacun de ces domaines. Le logiciel libre en calcul scientifique est tr`s pr´sent en e e math´matique (d´veloppement et utilisation) e e Difficult´s d’utilisateur des logiciels libres : e H´t´rog´n´it´ des outils ee e e e Absence de couche experte et de documentation Besoin de d´velopper une offre ` l’interface math-entreprises en e a simulation autour du logiciel libre
  • 20. 5 raisons pour lesquelles le logiciel libre va dominer dans lecalcul scientifique I 1. Open Science (Open Source+Open Data) dans diff´rents e domaines (e.g. m´dical, soci´tal, ...) e e Ouverture, transparence, reproductibilit´ mais aussi e Innovation rapide, Comparaison juste des technologies, Source de formation pour les nouvelles generations d’ing´nieurs e 2. La recherche de l’authenticit´: les entreprises peuvent e tester les logiciels libres par leurs propres ing´nieurs, e d´velopper leur propre expertise et ´viter les blocages dues e e aux technologies propri´taires e 3. Collaboration de haute qualit´ et agile autour du e d´veloppement du logiciel grace ` un processus de e a d´veloppement logiciel ´prouv´ et des outils de d´veloppement e e e e ouverts
  • 21. 5 raisons pour lesquelles le logiciel libre va dominer dans lecalcul scientifique II 4. Scalabilit´ en termes de methodologies, technologies, e donn´es, ressources informatiques mais aussi en termes de e processus de d´veloppement. Le mod`le open source a montr´ e e e toute sa force en terme de scalabilit´ a contrario des mod`les e e ferm´s (bazaar versus cath´drale). e e 5. Business Model collaboratif et amical plutˆt que des o semi-monopoles avec des licences tr`s ch`res (fr´quent en e e e calcul scientifique) dont le coˆt est tr`s souvent associ´ au u e e nombre de CPU utilis´s (licence par CPU) e
  • 22. Processus d’Interaction Math-Entreprise autour de laSimulation Besoins antagonistes Validation Optimisation Optimisation de processus industriels Contraintes budg´taires et e r´glementaires eQuantification Interaction Identificationd’Incertitude Math-Entreprise du probl`me e Collaboration ´troite e Math´matique en boite e noire de plus en plus difficile Simulation Mod´lisation e Exploitation correcte des outils math´matiques e
  • 23. Modalit´s d’une collaboration Math-Entreprise : Chaines eLogicielles au coeur des collaborations Modelisation &Simulation Entreprises   •   PME   •   Grands  groupes     Laboratoires   Centres  de   recherche   Le  rôle  de  pivot  d’une  chaîne  logicielle  
  • 24. Offre Math-Entreprises Simulation Optimization Quantification d’incertitudes Groupe Formation Calcul Simulation Chaine Diss´mination e Logicielle Libre R´seau e Post/Pre Expertise processing Collaboration Offre Math- Entreprise en Simulation HPC-PME Prace ANR Financements Genci Infrastructures de Calcul HP AMIES Mesocentre Equip@Meso
  • 25. Label Un Label pour l’Expertise Logiciel Libre de Simulation Recherche: Expertise en developpement et utilisation de logiciels libre de simulation identifier les laboratoires/´quipes developpant et utilisant e activement des logiciels libres conseil collaboration rep´rer les docteurs et master qui sont experts sur ces logiciels e Formation: identifier les UFR et laboratoires formant ` l’utilisation de ces a logiciels libres aussi bien en formation initiale qu’en continue
  • 26. D´ploiement e D´ploiement des solutions e D´ploiement des solutions par des machines virtuelles s’appuyant e sur Debian/Ubuntu (meilleures distributions en termes de calcul scientifique et plateforme de d´veloppement) e Un double int´rˆt: ee cout de portage de logiciel de calcul scientifique r´duit au e minimum d´ploiment de ces images virtuelles pour du cloud computing e (HPC)
  • 27. Quelques Logiciels Libres: Pre/Post Processing Pre-Post Processing OpenCascade/OCE (CAD) GMSH (et OneLab) (CAD+generation de maillage+postpro) Salom´ (pre/post pro + e environnement d’execution) Figure : Remerciements ` C. a Paraview (visualisation) Geuzaine (GMSH) NetGen et beaucoup d’autres
  • 28. Quelques Logiciels Libres: EDP Logiciels pour les EDP Freefem++ (langage pour MEF, generaliste, multiphysique) CodeAster (EDF, structure, thermomecanique) CodeSaturne (EDF, CFD)Remerciements EDF/CEA/Euriware (Salome) GetFem++ (generaliste) Feel++ (generaliste, multiphysique) Elmer (generaliste, multiphysique) Deal.II ( generaliste) Fenics (generaliste) GetDP (generaliste, electro-magnetisme)Remerciements ` V. Chabannes & M. Szopos a OpenFoam (CFD)(Feel++) et beaucoup d’autres
  • 29. Quelques Logiciels Libres: Optimisation, Traitement desincertitudes Logiciels pour l’optimisation Octave (via plugin pour code externe) Scilab (via plugin pour code externe) Glpk NlOpt Logiciels pour le traitement des incertitudes OpenTURNS (EDF,EADS,Phimeca) Dakota (Sandia)
  • 30. Conclusion et Perspectives Mise en place d’une proposition d’offre autour de la simulation num´rique e se basant sur la tendance lourde d’utilisation aux logiciels libres en calcul scientifique en terme de Recherche et D´veloppement mais aussi e Formation et Diss´mination e Feedback des laboratoires ? Feedback des entreprises ? Rapprochement avec les Alliances ou Associations autour des Logiciels Libres ?
  • 31. R´f´rences I ee ANR (2009). Math´matiques et industrie. e R´flexions engag´es ` l’ANR, e e a http://maimosine.forge.imag.fr/lib/exe/fetch.php?media=maths-industrie.rtf. Coquel, F. (2010). Deux instruments ` l’interface math´matiques-industrie : missions, objectifs et appels d’offre. a e Pr´sentation INSMI, http://maimosine.forge.imag.fr/lib/exe/fetch.php?media=insmi_110310.pdf. e Maday, Y. (2009). Enquˆte sur les math´matiques au coeur de l’innovation industrielle. e e Technical report, ARP. Compte rendu de l’ARP, http://maimosine.forge.imag.fr/lib/exe/fetch.php?media=arp.pdf. Mathematics, F. L. O. and Industry (2011). Website of the forward look on mathematics and industry. Technical report, EMF,ESF. http://www.ceremade.dauphine.fr/FLMI/FLMI-frames-index.html. on Mathematics, F. L. and Industry (2011). European success stories in industrial mathematics. Technical report, ESF. http://www.esf.org/index.php?id=6264. on Mathematics in Industry, G. S. F. E. G. (2009). Report on mechanisms for promoting mathematics-in-industry. Technical report, OCDE. http://www.oecd.org/dataoecd/47/1/41019441.pdf.
  • 32. R´f´rences II ee SMAI (2009). Math´matiques et industrie. e Rapport interne, http://smai.emath.fr/spip.php?breve117&lang=fr.
  • 33. FIN
  • 34. Cycle Mod´lisation Simulation e Interpr´tation des e exp´riences num´riques e e Architecture: vectorielle, Comparaison avec parall`le, scalaire, cluster. e l’exp´rience e Syst`me, Compilateurs. e Quantification d’incertitudes Librairies Correction des mod`les e Management de donn´es, e Validation cute Visualisation Exe Parallelisation: MPI, OpenMP Optimisation, Param´trisation e Co Info. rri ge Impl´mente Cycle Mod´lisation e Modelisation e Simulation se Geophysics aly Astrophysics Weather forecast An Math. Num. Ana Global Change Analyse num´rique: e lyse Plasma physics Aerodynamics Convergence, Erreurs Hydrodynamics M´thodes d’approximation: e MHD discretisation espace/temps FD, FE, FV, m´thodes e Math. Appl. Rheology spectrales, particule Materials processing Statistiques Algorithmes: complexit´, e Molten metals pr´cision e Analyse fonctionnelle ´ Finance Generation de maillage, CAO Equations aux deriv´es e partielles Solveurs Directs / iteratifs ´ Equations stochastiques, etc.