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Le supercalculateur K simule une seconde d’activité cérébrale

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L'institut de recherche japonais Riken et des chercheurs allemands du Forschungszentrum Jülich ont réalisé la plus grande simulation d'activité cérébrale humaine à partir du supercalculateur K de Fujitsu. Pour simuler l'équivalent d'une seconde d'activité neuronale, il a fallu mobiliser près de 83.000 processeurs pendant 40 minutes. Une avancée qui va notamment permettre de progresser dans la recherche sur certaines affections neurologiques dégénératives, comme la maladie de Parkinson.

Le supercalculateur K de Fujitsu est composé de 705.024 cœurs de calcul qui peuvent atteindre une capacité de calcul de 10,51 pétaflops. © Fujitsu, Riken

Une équipe internationale rassemblant des chercheurs japonais (Riken et Okinawa Institute of Technology Graduate UniversityOIST) et allemands (Institute of Neuroscience and Medicine du Forschungszentrum Jülich) vient de réaliser la plus grande simulation d'activité cérébrale humaine. Elle a été possible grâce à la puissance du supercalculateur K de Fujitsu, qui développe 10,51 pétaflops (10,51 millions de milliards de flops, floating-point operations per second, opérations en virgule flottante par seconde). Le supercalculateur, actuellement en quatrième position du Top500, classement qui recense les machines les plus puissantes, comporte au total 705.024 cœurs de calcul.

L'expérience a porté sur l'équivalent d'une seconde d'activité neuronale impliquant la simulation d'un réseau de 1,73 milliard de cellules nerveuses, reliées entre elles par 10.400 milliards de synapses. Chaque synapse a reçu 24 octets de mémoire, ce qui représente en cumulé la mémoire de 250.000 PC. Il a fallu 40 minutes et la mobilisation de 82.944 processeurs du K de Fujitsu pour réaliser l'opération, qui correspond à seulement 1 % du réseau neuronal humain. « Le but de l'entreprise était de tester les limites de la technologie de simulation développée dans le projet et les capacités du K », expliquent les chercheurs dans leur communiqué.

Mis en service en 2011, le supercalculateur Fujitsu K était alors le plus puissant au monde. Il est actuellement quatrième au classement Top500. © Fujitsu, Riken

Simulation complète de l’activité cérébrale dans la prochaine décennie

Le travail des scientifiques japonais et allemands a été mené à partir du logiciel open source de simulation Nest, afin de l'optimiser de façon agnostique pour que d'autres chercheurs puissent profiter de ces avancées et réaliser des simulations neuronales à partir d'ordinateurs « normaux » ou d'autres supercalculateurs. Par ailleurs, la performance réalisée par le K est très prometteuse, car elle ouvre de nouvelles perspectives à la recherche sur le cerveau. Elle permettra notamment de travailler sur des essais combinant l'activité cérébrale et le système musculosquelettique, afin de comprendre les mécanismes à l'œuvre dans la maladie de Parkinson.

« Si des ordinateurs de la classe du pétaflops comme le K sont capables aujourd'hui de simuler 1 % du réseau neuronal d'un cerveau humain, alors nous savons qu'il sera possible de simuler le cerveau complet à l'échelle de la cellule nerveuse et de ses synapses avec des ordinateurs de la classe de l'exaflops, qui pourraient arriver au cours de la prochaine décennie », estime le professeur Markus Diesmann de l'Institute of Neuroscience and Medicine au Forschungszentrum Jülich. Outre la recherche japonaise, cette réussite va également servir le Human Brain Project (HBP), initié par l'Union européenne et dont le supercalculateur sera justement hébergé au Forschungszentrum Jülich. Le HBP réunit 80 partenaires scientifiques européens. Il vise à fédérer les outils de neuroinformatique et à mettre en commun les données neuroscientifiques, dans le but de faire avancer la recherche sur le cerveau et la connaissance de ses maladies les plus répandues (AlzheimerParkinson, pathologies psychiatriques, etc.). Pour la France, on peut citer l'implication du CNRS, du CEA et de l'institut Pasteur.