Recherche, informatique, industrie : La saga de l'informatique scientifique à Grenoble (3/12 - année 2021)

Publié par ACONIT (Association pour un Conservatoire de l'Informatique et de la Télématique), le 1 mars 2021   880

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Illustrations d'en-tête : comment et pour quels besoins est-on passé de la calculatrice électromécanique (à gauche) aux calculateurs numériques à cartes, sous l'impulsion de figures comme Jean Kuntzmann et Louis Bolliet (au centre sur la photo de droite), puis aux réseaux ?


Par Xavier Hiron, gestionnaire de collection informatique

à partir de notes fournies par Maurice Geynet (ACONIT)


Depuis 2019, l’Université Grenoble-Alpes a fédéré les laboratoires d’enseignement et de recherche associés pour devenir une université intégrée. Ce regroupement administratif a pour but de redonner à la place grenobloise une lisibilité internationale à la hauteur des investissements qui y sont réalisés depuis 60 ans dans le domaine de la recherche fondamentale. Ce que l’on sait moins est que cet établissement public reflète un état administratif de l’université constaté au moment où celle-ci était encore structurée en facultés et où commençaient à s’instaurer les liens avec les grands organismes français de recherche, alors naissants. Mais ce lien n’a en réalité jamais été complètement perdu : par la gestion unique des diplômes, d’une part, et par la nécessité de recourir à un outil commun, ce dont l’évolution des moyens informatiques et de calcul témoigne.


LE LABORATOIRE DE CALCUL DE LA FACULTÉ DES SCIENCES DE GRENOBLE

Au sortir de la seconde guerre mondiale, pour réussir la reconstruction et répondre aux nouveaux besoins de calcul des ingénieurs et des chercheurs, Jean Kuntzmann lance à Grenoble son enseignement des mathématiques appliquées et crée le laboratoire de calcul de la Faculté des sciences de Grenoble, en 1951.

A cette époque, les opérateurs ont encore recours à du matériel électromécanique standard, dont des calculatrices de marques Marchant et Monroë. Mais petit à petit, du fait de l’émergence de besoins spécifiques et au fur et à mesure de l’arrivée sur le marché de nouvelles gammes de machines, qu’on appelle d’abord calculateurs puis ordinateurs, les laboratoires grenoblois, notamment ceux de l’Institut national polytechnique (écoles d’ingénieurs)*, s’équipent. Le Professeur Lancia prendra un temps possession d’un calculateur analogique SEA OME 12, qui est une machine à tubes (ou lampes) à classer dans le domaine de l’électronique pure. Puis en 1957, l’université fera l’acquisition d’un calculateur numérique Bull Gamma E.T (tubes doublés de commutations à diodes au germanium) que l’on associe à des entrées-sorties sur cartes perforées. Cette technologie hybride restera la norme tout au long des années 1960 et même parfois au-delà, cohabitant avec les machines mécanographiques telles que des perforatrices, des vérificatrices, une reproductrice et une traductrice, une trieuse interclasseuse, associées à une unité de mémoire temporaire externe et des unités de magnéto-lecture (magnétisation et lecture des marques de saisie faites sur les cartes avec un crayon magnétique, pour leur conversion en perforations).

Les équipes sont pluridisciplinaires et les personnels de natures très variées, depuis les Professeurs et enseignants de mathématiques appliquées jusqu’aux calculateurs, programmeurs, mécanographes, opérateurs, électroniciens, secrétaires. A l’aide de ces machines au fonctionnement lourd et complexe furent réalisés divers types de travaux tels que :

- des programmes de tests de procédures de résolution d’équations différentielles, dirigés par Jean Kuntzmann lui-même ;

- des programmes de tests de méthodes de calcul matriciel, dirigés par Noël Gastinel ;

- divers travaux mécanographiques de gestion de la scolarité de l’université ;

- des programmes de traduction automatique des langages, dirigés par Bernard Vauquois ;

- le dépouillement de données des chambres à bulles du CERN* de Genève ;

- des programmes de calcul de champ dans les milieux ionisés, pour le compte du professeur d’électrostatique Noël Felici ;

- les programmes de simulation de vol de divers avions, sur commande ;

- la pré-étude d’un compilateur Algol;

- le premier cours de programmation sur Gamma 3 par Louis Bolliet.


Puis, avec l’arrivée en 1964 d’un ordinateur de seconde génération, l’IBM 1401, les cours de programmation sur cette nouvelle machine à transistors et circuits imprimés furent assurés par Jean Bellino.


Photo n°1 : salle machine de la CAE 510 du Laboratoire de cristallographie du CNRS


LE CENTRE INTERUNIVERSITAIRE DE CALCUL DE GRENOBLE

Les années 1963 et 1964 ont marqué une étape importante dans l’essor du calcul scientifique, avec les premières thèses d’informatique en France soutenues à Grenoble. Parallèlement, le laboratoire de calcul et de mathématiques appliquées de Jean Kuntzmann s’installe sur le nouveau campus de Saint-Martin d’Hères, où il deviendra plus tard, en 1988, un institut de recherche, l’IMAG*, associé au CNRS* et à l’INRIA*. L’exploitation technique des calculs, qui se complexifie au fil du temps, est dévolue à un prestataire de service, le Centre interuniversitaire de calcul de Grenoble, le CICG, créé en 1972 pour l’occasion.

Cet organisme sera un grand consommateur de machines de plus en plus puissantes, comme en témoigne la longue liste de ses dotations d’ordinateurs : en 1964, un IBM 1401, un IBM 7044 et un IBM 360/20 ; en 1965, un IBM 360/65, modifié en 1967 en un IBM 360/67 à mémoire virtuelle ; en 1969, un IBM 7090 ; en 1975, un CII IRIS 80 et en 1979, un CII 10070.

Ces machines pouvaient permettre simultanément plusieurs modes de travail :

- en mode local étaient effectués soit des traitements par lots (appelés batch processing) : les « jobs » étaient alors déposés directement à l’entrée du centre de calcul  et repris en sortie ; soit des traitements en conversationnel, privilégiant le travail interactif à partir de terminaux légers locaux ;

- le mode à distance permettait, pour sa part, soit des traitements par lots (appelés remote batch) : les « jobs » étaient envoyés depuis un terminal lourd et les résultats reçus directement sur ce même terminal ; soit des traitements en conversationnel pour des travaux en mode interactif à partir de terminaux légers distants.


L’INFORMATIQUE ENTRE DANS LES LABORATOIRES DU POLYGONE SCIENTIFIQUE

Dès le milieu des années 1960, avec la généralisation de la science informatique, de nouveaux besoins sont à satisfaire. On observe en effet la multiplication des échanges de données à partir d’ordinateurs centraux ; de plus, il faut accueillir un nombre croissant de terminaux interactifs ; et surtout, il faut de plus en plus satisfaire les besoins en calculs particuliers. Ceci inclue le pilotage de processus, l’acquisition et l’analyse de données de volumes grandissants, l’introduction de traitement graphique très consommateur en puissance de calcul.

Pour répondre à cet ensemble de demandes, des équipements spécifiques sont progressivement déployés : soit sous la forme d’ordinateurs dédiés à un département, soit des mini-ordinateurs au sein de laboratoires, soit des stations de travail spécifiques. Sur le seul Polygone scientifique, les exemples suivant peuvent être cités :

- pour le laboratoire de Rayons X, devenu par la suite Laboratoire de cristallographie du CNRS, dotation d’un ordinateur CAE 510 dès 1965, pour le calcul et l’acquisition de données en temps réel, puis d’un mini-ordinateur DEC PDP 11/70 en 1975 ;

- pour le Service de calcul de l’Institut des sciences nucléaires (ISN) et du CNRS, acquisition de terminaux lourds de type TMF 300/400 reliés au CCPN (Centre de calcul de Physique nucléaire) et au CICG, entre 1973 et 1983, puis d’un DEC VAX 11/780 destiné aux calculs, doublé de deux stations de travail DEC pour la gestion graphique, entre 1983 et 1990 ;

- pour l’Institut des sciences nucléaires, devenu le Laboratoire de physique subatomique et cosmologie (LPSC), acquisition d’un ordinateur IBM 9370, qui fournira le calcul entre 1988 et 1990, puis de stations de travail DEC et SUN pour assurer la CAO (conception assistée par ordinateur) mécanique et électronique, ainsi que d’un mini-ordinateur HP utilisé en tant que serveur de données et de calcul, communication et ressources, associé à des stations de travail HP, à partir de 1990. Il sera complété dès 1994 par une ferme (regroupement de serveurs) de la future grille de calcul LCG-France, pour le stockage et l’analyse des données des expériences du CERN* (notamment celles du LHC* à partir de 2008).

- à l’Institut Laue Langevin (ILL) est recensé à partir de 1985 un ordinateur DEC PDP 10, qui assure lui aussi le calcul, tandis qu’au Centre d’études nucléaires de Grenoble (CENG du CEA*) est implanté en 1982 un super-ordinateur vectoriel de marque Cray research (modèle XMP), qui sont le nec plus ultra des super-ordinateurs de calcul de l’époque.


Photo n° 2 : publicité d'époque visualisant l'installation d'un Vax 780 avec tous ses périphériques


L’ÈRE DES RÉSEAUX : SUR LE POLYGONE SCIENTIFIQUE

Lors d’une seconde phase, les besoins évoluent. Il devient en effet nécessaire d’assurer l'interconnexion des matériels informatiques des laboratoires du CNRS et des instituts du Polygone scientifique, par l’installation d’un réseau de transmission de données performant.

Le principe retenu se porte sur le choix de la fibre optique comme support de la transmission de données, pour des raisons de plus grand débit d’information, de distance entre les bâtiments et de pérennité de la solution mise en œuvre.

Les étapes de la réalisation seront les suivantes :

- début 1987, première liaison optique entre le laboratoire de Rayons X du CNRS et un Service de calcul commun situé à l’ISN ;

- fin 1987, mise en place de la première étoile optique à l’ISN, dans le but de raccorder son bâtiment principal au réseau ;

- fin 1989, pose de deux étoiles optiques supplémentaires au CNRS, pour raccorder les autres laboratoires du Polygone, dont l'ENSERG*, ainsi que l’accélérateur de particules SARA* de l’ISN, dans le cadre du déploiement du réseau Grenet décrit plus loin.

A cette occasion, les infrastructures installées font état de 2 km de fibre optique, 3 étoiles optiques passives, 3 ponts filtrants, 9 répéteurs multi-connections, 10 serveurs de terminaux, pour un total de 12 bâtiments raccordés (7 laboratoires de recherche, 3 instituts de recherche, 2 établissements d’enseignement).


LE RÉSEAU MÉTROPOLITAIN GRENET DANS SON ENSEMBLE

A peu près au même moment, il devint nécessaire de relier les établissements qui se situent à l’opposé de l’agglomération, sur le campus de Saint-Martin d’Hères, et les annexes universitaires de la partie nord de la ville. Il s’agit surtout de remplacer par une infrastructure de réseau évolutive et performante les liaisons téléphoniques louées à un opérateur.

Cette solution devait en outre favoriser les échanges entre laboratoires et avec ce qui était devenu le centre interuniversitaire de calcul de Grenoble (CICG), véritable cerveau du système, et permettre le raccordement de tous les matériels informatiques des laboratoires de recherche et des établissements d’enseignement de l’université de Grenoble.

Le principe retenu est là aussi le recours à la fibre optique comme support de la transmission de données, afin de proposer un plus grand débit d’information entre des bâtiments très distants et assurer la compatibilité et la pérennité de la solution.

Les deux phases de la réalisation seront :

  • courant 1989, raccordement du Domaine universitaire, des sites de La Tronche-Meylan, du centre ville et de la cité du Rabot ;

  • fin 1989, raccordement au réseau du Polygone scientifique décrit précédemment.

Cette réalisation nécessitera l’installation de 30 km de fibre optique supplémentaire, de 10 étoiles optiques actives, pour une performance de raccordement totale de 50 bâtiments. Cette base permettra les évolutions ultérieures du réseau, puisque Grenet deviendra par la suite le réseau TIGRE*, qui sera finalement raccordé à RENATER (Réseau national de télécommunications pour la technologie, l'enseignement et la recherche), et que l’Association Rhône-Alpes des moyens d’interconnexions scientifiques, couramment appelé ARAMIS, s’intégrera pour sa part au réseau AMPLIVIA (réseau haut débit de la région Rhône-Alpes).


Illustration n° 3 : schéma d'implantation du réseau Grenet sur le campus universitaire de Saint-Martin d'Hères, reliant entre eux 50 bâtiments (1989).



CONCLUSION :

Ainsi équipée puis connectée, la communauté scientifique grenobloise restera durant plus de quatre décennies parmi les plus dynamiques de France, voire d’Europe. Son autre spécificité, qui a été d’intégrer très tôt des problématiques industrielles, l’a rendue durant ce laps de temps hautement performante. Le renouveau d’innovation que chacun peut observer depuis une décennie environ offre à sa recherche et à son université un deuxième souffle, reconnu désormais à l’échelle mondiale.


(une conférence sur l'essor de l'informatique scientifique à l'université de Grenoble sera hébergée par l'UGA le 7 avril prochain ; si  vous êtes intéressés, restez attentifs à sa communication institutionnelle -  l'université devant s'adapter aux conditions sanitaires !)


* Autres abréviations utilisées et définitions :

CERN : European Organization for Nuclear Research

IMAG : Informatique et Mathématiques Appliquées de Grenoble

CNRS : Centre national de la recherche scientifique

INRIA : Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique

LHC : Large Hadron Collider ou Grand collisionneur de hadrons

CEA : Commissariat à l'énergie atomique (à l'époque)

ENSERG : École nationale supérieure d'électronique et de radioélectricité de Grenoble

SARA : Système accélérateur Rhône-Alpes

TIGRE : réseau métropolitain grenoblois pour l'enseignement supérieur et la recherche

(mini-ordinateurs : catégorie de machines de milieu de gamme, intermédiaire entre les grands ordinateurs centraux d'origine et les premiers ordinateurs personnels, qui apparaîtront quelque temps après eux ; développés pour l'industrie, ils intègrent, la plupart du temps, une technologie spécifique.

L'Institut polytechnique est une fédération d'écoles d’ingénieurs créée en 1900 ; elle devient l'INPG en 1969, puis Grenoble-INP en 2007.)


Complément historique :

Le Service Calcul ISN-CNRS (1973-1989)
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- Les terminaux lourds (1973-1985)
- Le VAX 780 et les stations de travail DEC (1983-1989)
- Les clusters de stations Digital (1986- /->2000)
- L’IBM 9375-60 (1988-1990)

Le Service Informatique ISN (à partir de 1990)
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- Les stations UNIX (à partir de 1990) HP, SUN, DEC, DTK, NEXT
- Les serveurs UNIX (à partir de 1994) HP K200, J282, 9000
- La ferme de calcul (à partir de 2002) cartes serveurs DELL
- La création du nœud de grille LHC  IN2P3-LPSC (2008)

Définitions complémentaires :
Ferme de calcul ou cluster : groupe de serveurs
Grille de calcul : ensemble de ressources informatiques dé-localisées qui permet de faire du calcul distribué
Nœud de grille : accès à la grille LHC-France (expériences ATLAS, ALICE,...)
                        EGI grille européenne
                        France-Grilles (cloud fédéré)
                        CIGRI  grille bâtie sur les super calculateurs qui forment CIMMENT, le méso-centre de calcul HPC des universités de Grenoble.