Calcul de haute performance : Programme pour les sciences humaines au Canada

Calcul de haute performance : Programme pour les sciences humaines au Canada par John Bonnett Titulaire de la Chaire de recherche du Canada de niveau 2 en sciences humaines numériques Département d histoire Brock University 500, avenue Glenridge St. Catharines (Ontario) L2S 3A1 jbonnett@brocku.ca Résumé : La FCI vient d'annoncer qu'elle accorderait un soutien financier à la création d'une plateforme nationale de calcul de haute performance (CHP) et à la formation d'une nouvelle organisation connexe : Calcul Canada. Une fois créée, la plateforme permettra aux chercheurs canadiens d'avoir accès à une puissance de calcul sans précédent. Le CHP offre de vastes possibilités de recherche aux chercheurs en sciences humaines du Canada, mais nos milieux de recherche respectifs ne sont pas encore prêts à les exploiter. Le présent rapport examine deux possibilités d'application du CHP dans le cadre de la recherche en sciences humaines, soit en ce qui concerne les jeux d'ordinateur sérieux et les jeux massivement multijoueurs à univers persistant. Il contient également des recommandations, à l'intention du CRSH et du milieu de la recherche en sciences humaines, sur la façon de tirer parti de ces possibilités. En novembre 2006, la Fondation canadienne pour l innovation (FCI) a annoncé qu'elle accorderait un soutien financier au projet de création d'une plateforme nationale de calcul de haute performance (CHP) et à la formation d'une nouvelle organisation connexe : Calcul Canada 1. La demande de financement a été présentée par les sept réseaux régionaux qui soutiennent maintenant le CHP au Canada : l ACENET 2, le CLUMEQ 3, SCINET 4, le HPCVL 5, le RQCHP 6, SHARCNET 7 et WESTGRID 8. Si l'on tient compte des fonds provenant des gouvernements provinciaux et des autres organismes 1

subventionnaires, la subvention totalisera 150 millions de dollars et sera consacrée à la construction, à l'exploitation et à la gestion de l'infrastructure de CHP de prochaine génération du Canada. Quatre réseaux régionaux bénéficient de cet apport de financement : le CLUMEQ, le RQCHP, SCINET et WESTGRID. La FCI tient pour acquis que d'autres fonds seront disponibles dans trois ans pour la mise à niveau de l'infrastructure des autres réseaux et l accroissement de la capacité du réseau national dans son ensemble. La FCI fournira 60 des 150 millions de dollars proposés par l entremise du Fonds des plateformes nationales (FPN). Le FPN a été créé pour deux raisons : appuyer l'avancement du CHP au Canada et soutenir la création de ressources de gestion des connaissances en sciences humaines. En ce qui a trait au CHP, les objectifs du FPN sont triples : garantir l'accès à des ressources de CHP concurrentielles à l'échelle internationale dont bénéficieront les établissements et les chercheurs canadiens, étendre la renommée internationale du Canada en matière de CHP et assurer un financement stable pour appuyer la mise au point de l'infrastructure de CHP actuelle et future. Avant 2005, la FCI recevait de nombreuses demandes de divers consortiums à mesure que la mise à niveau de leur infrastructure devenait nécessaire. La communauté des chercheurs canadiens a constaté qu'une source de financement plus stable et mieux coordonnée s'imposait. En 2005, l'association C3.ca a publié le Plan à long terme (PLT) du CHP au Canada 9. La publication du PLT de C3.ca a facilité, en partie, la création du FPN de la FCI. Dans le cadre de son appel de propositions pour le FPN, la FCI a clairement indiqué que toutes les recherches futures portant sur le CHP devraient être menées par l'intermédiaire de la plateforme nationale proposée. Aucune initiative indépendante de CHP ne sera financée. L'infrastructure proposée doit répondre aux besoins de toutes les disciplines de recherche du Canada, notamment la physique des particules, l'histoire et l'informatique. Par conséquent, Calcul Canada s'est adressé à certains membres de la communauté des sciences humaines du Canada pour déterminer leurs besoins. Ainsi, comme la demande de Calcul Canada a été accueillie favorablement par la FCI, les chercheurs en sciences humaines du Canada devraient examiner les incidences de la plateforme de CHP proposée sur leur discipline. La proposition de Calcul Canada sur le plan de l'infrastructure, de l'exploitation et de la gouvernance permettra-t-elle aux 2

chercheurs en sciences humaines de mener des recherches de pointe axées sur des problèmes présentant un défi informatique de taille? Je ne crois pas que la proposition de Calcul Canada, dans sa forme actuelle, remplisse ce mandat pour les chercheurs en sciences humaines. J'estime en fait que Calcul Canada n'aurait pas pu respecter ce mandat même si on lui avait accordé un délai supplémentaire pour évaluer les besoins des chercheurs, ce qui n'a pas été le cas. Les chercheurs canadiens en sciences humaines pourront bientôt effectuer des calculs d'une puissance sans précédent. Malheureusement, la plupart des chercheurs de nos communautés respectives ne savent pas comment exploiter cette puissance pour les besoins de leurs recherches. Et même s'ils le savaient, les chercheurs en sciences humaines, contrairement à leurs homologues des sciences naturelles et médicales, ne possèdent pas les compétences informatiques leur permettant d utiliser le réseau proposé ou de préciser leurs exigences à son égard. Si la communauté canadienne des sciences humaines veut faire une utilisation judicieuse de l'infrastructure de CHP en émergence au pays, je crois qu'elle devrait prendre quelques mesures au préalable : elle doit d'abord définir les problèmes importants qui nécessitent des calculs de haute performance; elle doit définir l'infrastructure nécessaire à ses recherches et les formes d'accès à cette infrastructure dont elle aura besoin; elle doit déterminer en quoi ses besoins liés à l infrastructure et aux activités diffèrent de ceux des chercheurs en sciences naturelles et médicales; elle doit déterminer le type de soutien formation, programmation, etc. qu elle devra obtenir du personnel affilié à la plateforme nationale de CHP; elle doit faire part de ces besoins à la FCI et, le cas échéant, à Calcul Canada. Selon moi, le CRSH peut et doit jouer un rôle de premier plan pour ce qui est de favoriser l adoption du calcul haute performance par les chercheurs. Mes arguments concernant la proposition de Calcul Canada et les mesures que les chercheurs canadiens en sciences humaines doivent prendre pour s'engager dans la voie 3

du CHP reposent sur une conception précise de ce qui constitue un problème «de pointe», conception qui ne fait pas l'unanimité parmi les chercheurs en sciences humaines. À l'heure actuelle, les réseaux de CHP du Canada sont configurés de manière à permettre le traitement et l'exploration de grandes quantités de données ainsi que la création de simulations hautement complexes dans des domaines tels que l'astrophysique et la protéomique. Les projets sont placés en file d'attente et traités par lots, c'est-à-dire que l on soumet son projet, les réseaux de CHP effectuent les calculs, puis les résultats nous sont envoyés. Certains chercheurs en sciences humaines arrivent à devenir à l'aise avec un tel système de CHP. Des économistes, par exemple, déploient actuellement des microbases de données et des modèles économétriques sur des réseaux de calcul de haute performance afin d'évaluer les conséquences probables de certaines politiques sociales. Dans le domaine des sciences humaines numériques, le CHP pourrait éventuellement servir pour l'analyse et l'exploration de textes. Il ne fait aucun doute que les projets décrits ci-dessus peuvent et doivent être considérés comme des projets de pointe. Cependant, si on limitait le calcul de haute performance en sciences humaines à ces initiatives, il s'agirait à mon avis d'un grave manque d'imagination. Il existe d'autres avenues que les chercheurs canadiens peuvent explorer et qu'ils devraient explorer étant donné les bénéfices sociaux et économiques éventuels qui s'y rattachent. La concrétisation d'un tel programme de recherche forcera Calcul Canada à modifier le type d'accès offert aux chercheurs pour passer d'une méthode d'accès avec file d'attente et traitement par lots à une méthode interactive. Cela obligera aussi l'organisation à réserver certaines parties de l'infrastructure canadienne de CHP aux besoins particuliers des chercheurs en sciences humaines. Plutôt que de simplement exécuter des programmes, ces chercheurs, je crois, effectueront un jour des recherches qui amèneront des sujets humains à interagir avec des simulations ou avec des environnements virtuels persistants, dans des contextes utiles pour la recherche. Voici deux exemples appuyant mon point de vue. Une première possibilité potentiellement intéressante pour les sciences humaines serait de consacrer l'infrastructure de CHP aux projets qui combinent de vastes simulations axées sur les agents avec des jeux sérieux. Entre autres choses, les simulations axées sur les agents servent actuellement à évaluer l'épidémiologie éventuelle 4

des pandémies. Récemment, Chris Barrett et son équipe du Los Alamos National Laboratory ont créé une ville virtuelle formée d'un million d'agents pour déterminer la trajectoire d'une pandémie de variole 10. Les simulations de CHP visent à repérer les éventuels points chauds de transmission afin de donner aux décideurs l'occasion de contenir et de réduire la transmission de la variole et d autres maladies contagieuses. Ce sont des travaux importants. J'estime cependant que ces simulations pourraient être encore plus utiles si on les combinait avec des jeux sérieux. Les jeux sérieux reprennent les technologies et les formes d'expression des jeux d'ordinateur pour des besoins de formation militaire, d'enseignement et de sécurité publique. Dans une optique de recherche, la combinaison des jeux sérieux et des simulations de CHP viserait à évaluer les points forts et les points faibles des concepts opérationnels que les trois ordres de gouvernement du Canada mettent en place afin de contenir et de limiter les menaces pour la sécurité publique et l'environnement. En gros, en cas de menace pour la sécurité publique ou l'environnement, les autorités déploient des organismes, du matériel et des effectifs pour la contrer. Les jeux sérieux, conjugués à la formation et à des exercices, permettraient aux décideurs de déterminer dans quelle mesure les concepts opérationnels actuels et proposés fonctionnent. Qui coopère et qui ne le fait pas? Quelles politiques sont efficaces et lesquelles ne le sont pas? On ne saurait trop insister sur les avantages, pour le public, d'une combinaison de TI, de CHP, de formation et d'exercices. À la suite des attentats du 11 septembre, les intervenants en cas d'urgence ont indiqué que la préparation en vue du bogue de l'an 2000 leur avait été très précieuse lors de l'intervention au World Trade Center 11. Un deuxième domaine de recherche potentiellement intéressant pour les chercheurs en sciences humaines pourrait mettre l accent sur le déploiement efficace de jeux massivement multijoueurs à univers persistants (MMUP). Les jeux MMUP sont des environnements virtuels en ligne dans lesquels des centaines, voire des milliers d'utilisateurs, interagissent en temps réel. Il s'agissait à l'origine de jeux de divertissement, mais on leur a également trouvé des applications en matière de communication, de formation, de collaboration distribuée, de modélisation prédictive et d'enseignement 12. Examinons la portée des jeux MMUP sur deux plans. Culturellement, leur arrivée est aussi importante que l'émergence des manuscrits dans la Rome antique. 5

Les jeux MMUP, à l'instar des environnements de collaboration assistée par ordinateur, sont de nouvelles plateformes permettant la production, l'analyse, le stockage et la distribution d'information. Pour assurer leur mise en œuvre efficace, on devra élaborer et mettre à l essai de nouvelles conventions de narration, d'expression et de documentation. Les jeux MMUP, comme le cinéma au début du XX e siècle, nécessiteront la mise au point d'une «grammaire» propre au médium des environnements virtuels. Les chercheurs en sciences humaines sont bien placés pour participer à ce type de programme de recherche axé sur la pratique. Ils possèdent une connaissance poussée des conventions actuelles de domaines tels que les arts, la littérature et le cinéma, conventions qui pourraient être adaptées. Mais plus pertinent encore, ils ont déjà mené de telles recherches auparavant. Dans le domaine de la documentation, par exemple, la note de bas de page a fait son apparition à la suite d'un processus d'innovation, d'essais et de débats au XVII e siècle 13. Les jeux MMUP sont d'autant plus importants étant donné leurs conséquences économiques éventuelles. Or, les chercheurs en sciences humaines préfèrent généralement éviter ce genre d'argument, en bonne partie parce qu'ils considèrent pour beaucoup que la valeur de la recherche ne devrait jamais dépendre de considérations économiques. La recherche, particulièrement en sciences humaines, devrait être évaluée selon d'autres critères, comme l'avancement des connaissances ou les retombées possibles sur le plan culturel, social ou politique. Je comprends ce point de vue. D ailleurs, dans certains cas, j'y adhère. Mais en ce qui concerne l'utilisation du CHP en sciences humaines, je crois qu'il est contre-productif. Si les chercheurs en sciences humaines abordent le CHP de cette façon, ils exigeront beaucoup de la FCI et de Calcul Canada. Essentiellement, ils demanderont que des groupements soient spécialement affectés aux projets de sciences humaines. Cette demande s'imposera, car les chercheurs devront avoir accès au CHP sur une base prolongée (un, deux ou trois jours) dans le cas des jeux sérieux ou sur une base continue (des mois, peut-être des années) dans le cas des jeux MMUP. Pour que Calcul Canada et la FCI accèdent à cette demande, la communauté des chercheurs en sciences humaines devra rallier les décideurs. À mon avis, les arguments économiques constitueront le meilleur raisonnement pour convaincre Calcul Canada et la FCI d'affecter des ressources de CHP aux fins voulues. 6

Dans cette foulée, examinons le poids du secteur culturel canadien en général et les conséquences économiques possibles des jeux MMUP en particulier. En 2001, Statistique Canada indiquait que la contribution du secteur des arts et de la culture au produit intérieur brut du Canada avoisinait les 26 milliards de dollars 14. En termes plus concrets, les producteurs de la série de science-fiction La porte des étoiles (Stargate) estiment que la franchise a généré des revenus d'environ 500 millions de dollars américains pour l économie de la Colombie-Britannique au cours des 10 dernières années 15. Pour ce qui est des retombées économiques des jeux MMUP, le jeu World of Warcraft a généré des revenus de quelque 250 millions de dollars américians en 2005 16. Selon moi, ces chiffres révèlent cinq implications importantes pour les chercheurs en sciences humaines du Canada et pour le CRSH : la contribution des industries culturelles à l'économie du Canada est manifestement importante; les industries culturelles ne sont pas statiques. Leurs composantes évoluent. De nouvelles formes de culture apparaissent, et elles ont des conséquences économiques; la mise en place efficace de nouvelles plateformes culturelles et de nouveaux formalismes doit s'appuyer sur la recherche pour que tout leur potentiel d'expression et de diffusion se réalise; nos sujets de recherche, particulièrement les jeux MMUP, sont de nature continue et nécessiteront donc l'affectation à long terme de ressources de CHP; étant donné les retombées actuelles et éventuelles des industries de la culture et de la culture numérique du Canada, il est justifié que les chercheurs en sciences humaines et le CRSH demandent des groupements réservés qui permettent l'interaction plutôt que le traitement par lots des projets de recherche. 7

Cette conclusion amène à s'interroger sur les mesures que le CRSH devrait prendre à l'heure actuelle, dans un avenir rapproché et dans un avenir lointain pour faciliter l'intégration du CHP dans les programmes de recherche des disciplines qu'il représente. Je ne recommande aucune politique en particulier, mais je crois que les trois principes ci-dessous devraient orienter l'élaboration des futures politiques. Premier principe : Le CRSH et la communauté des chercheurs en sciences humaines du Canada devraient viser l'objectif stratégique consistant à obtenir des groupements réservés dans les prochaines itérations de l'infrastructure de CHP au Canada. Pour les raisons mentionnées précédemment, les chercheurs en sciences humaines devront être en mesure d'interagir de manière durable avec les environnements virtuels et les simulations qu'ils utilisent pour appuyer leurs recherches. À cette fin, il leur faudra davantage de groupements réservés dans l'infrastructure de CHP du Canada. Cependant, je ne crois pas que l'acquisition de ces groupements soit un objectif réaliste dans la phase de financement actuelle, et ce, pour deux raisons. D'abord, la communauté des chercheurs en sciences humaines est actuellement trop petite pour justifier l'affectation d'un ou de plusieurs groupements. La proposition de Calcul Canada a déjà été approuvée en ce qui concerne le financement. Elle reposait sur une certaine compréhension des besoins de nos diverses communautés de chercheurs, et celles-ci n'ont plus le temps ou la possibilité de modifier cette compréhension. Nos efforts seront mieux investis dans la préparation en vue des prochaines itérations de l'infrastructure de CHP au Canada. Deuxième principe : Afin de concrétiser le souhait d'un meilleur accès au CHP, le CRSH devrait établir une relation de travail plus étroite avec la FCI et Calcul Canada. Justification : À cette étape, il ne serait pas justifié d'en attendre davantage de la FCI et de Calcul Canada. Si le CHP doit être intégré dans la recherche et les pratiques en sciences humaines, je crois que les chercheurs de ce domaine et le CRSH ainsi que la FCI et Calcul Canada doivent faire de l'intégration un objectif stratégique à long terme commun, à atteindre d'ici 10 à 20 ans. 8

Si le CRSH veut encourager l'intégration du CHP dans la recherche en sciences hmaines, il doit approfondir sa relation avec la FCI à tous les niveaux et établir une relation avec Calcul Canada afin que les deux organisations acquièrent une compréhension des besoins actuels et futurs de nos communautés de recherche respectives. Pour ce qui est du CRSH et des chercheurs en sciences humaines, ils doivent présenter à la FCI et à Calcul Canada des projets de recherche concrets du genre de ceux que j'ai décrits. Sinon, aucune des organisations ne sera intéressée à modifier la configuration et l'exploitation de l'infrastructure canadienne de CHP. Troisième principe : Le CRSH, la FCI et Calcul Canada devraient prendre des mesures individuelles et collectives pour encourager la prochaine génération de chercheurs en sciences humaines à intégrer le CHP dans leurs travaux. Justification : À mon avis, cet encouragement ne viendra pas des chercheurs établis dans les disciplines représentées par le CRSH. La plupart d'entre eux ne possèdent au mieux qu'une compréhension superficielle du calcul de haute performance. Et même si leur compréhension était meilleure, ils ne sauraient vraisemblablement pas comment en tirer parti. Ce sont les étudiants diplômés d'aujourd'hui qui détiennent le potentiel du CHP en sciences humaines. Et ce potentiel se réalisera seulement s'ils sont exposés aux possibilités qu'offrira le CHP. 1 Calcul Canada remplacera C3.ca, une organisation nationale fondée en 1997 pour promouvoir le calcul de haute performance au Canada. La nouvelle organisation agira à la fois comme groupe de pression et comme organe de gouvernance pour veiller à ce que la plateforme proposée fonctionne à l'échelle nationale. À l'heure actuelle, C3.ca regroupe 50 établissements membres et représente les intérêts de milliers de chercheurs canadiens en ce qui concerne le CHP. Selon ce qui est prévu, Calcul Canada réunira des chercheurs, les sept consortiums et des universités. 9

2 Atlantic Computational Excellence Network. Membres : Dalhousie U., Memorial U., Mount Allison U., St. Francis Xavier U., St. Mary's U., U. of New Brunswick et U. of Prince Edward Island. Futurs membres : Acadia U. et Cape Breton U. 3 Consortium Laval UQAM McGill and Eastern Quebec for High Performance Computing. Membres : U. McGill, U. Laval, UQAM et tous les autres établissements et instituts de 1'Université du Québec : UQAC, UQTR, UQAR, UQO, UQAT, ETS, ENAP et INKS. 4 Réseau québécois de calcul de haute performance. Membres : U. Bishop's, U. Concordia, École Polytechnique, U. de Montréal et U. de Sherbrooke. 5 High Performance Computing Virtual Laboratory. Membres : Carleton U., Loyalist College, Queen's U., Royal Military College, Ryerson U., Seneca College et U. d'ottawa. 6 SciNet. Membre : University of Toronto. 7 Shared Hierarchical Academic Research Computing Network. Membres : Brock U., Fanshawe College, U. of Guelph, Lakehead U., U. Laurentienne, Sir Wilfrid Laurier U., McMaster U., Ontario College of Art and Design, U. Ontario Institute of Technology, Sheridan College, Trent U., U. of Waterloo, U. of Western Ontario, U. of Windsor et U. York. 8 Western Canada Research Grid. Membres : Athabasca U., Brandon U., Simon Fraser U., U. of Alberta, U. of British Columbia, U. of Calgary, U. of Lethbridge, U of Manitoba, U. of Northern British Columbia, U. of Regina, U. of Saskatchewan, U. of Victoria et U. of Winnipeg. 9 Le plan à long terme, Moteurs de la découverte : la révolution du XXI e siècle, est disponible en ligne à http://c3.beowulf.uwo.ca/lrp [10 octobre 2006]. 10 Chris L. Barrett, Stephen G. Eubank et James P. Smith, If Smallpox Strikes Portland Episims unleashes virtual plagues in real cities to see how social networks spread disease. That knowledge might help stop epidemics., Scientific American, 292(3), 54-61, mars 2005. Disponible à http://www.sciam.com/article.cfm?chanid=sa006&colid=1&articleid=000bbc08-cea3-1213- 8EA383414B7FFE9F [11 octobre 2006]. 11 Exemple récent de la contribution des sciences humaines à l'amélioration de l'efficacité opérationnelle des décideurs et des secouristes : Sharon S. Dawes, Anthony M. Cresswell et Bruce B. Cahan, Learning from Crisis: Lessons in Human and Information Infrastructure From the World Trade Center Response, Social Science Computer Review, 22(1), 52-66, printemps 2004. 12 Robert Gehorsam, The Coming Revolution in Massively Multiuser Persistent Worlds, IEEE Computer, 36(4), 93-95, avril 2003. 13 Anthony Grafton, The Footnote: A Curious History, Cambridge, MA, Harvard University Press, 1997. 14 Conseil des Arts du Canada, La création d emplois et les répercussions économiques, à http://www.canadacouncil.ca/aproposdenous/advocacy_fr/hj127323047009843750.htm [11 octobre 2006]. Il convient également de tenir compte du fait que le Conseil des Arts du Canada est la source de ces statistiques. Son recours aux arguments économiques donne à croire que les intérêts économiques et artistiques ne sont pas toujours incompatibles. De la même façon, on pourrait faire valoir qu'il n'y a pas toujours de conflit entre les intérêts des chercheurs en sciences humaines et les projets de recherche qui profiteraient au Canada sur le plan économique. 15 Mary McNamara, Stargate 200: Science-Fiction Series SG-1 Is Cable s First to Reach Historic Milestone, Multichannel News: A Variety Group Publication, à http://www.multichannel.com/article/ca6332083.html [11 octobre 2006]. 16 Seth Schiesel, World of Warcraft Keeps Growing, Even as Players Test Its Limits, New York Times, 10 février 2005. Disponible en ligne à http://www.nytimes.com/2005/02/10/technology/circuits/10warr.html?ei=5090&en=ba633bc16b682182&e x=1265691600&partner=rssuserland&pagewanted=all&position [11 octobre 2006]. 10