Missions

Le PEPR NumPEx a été lancé en 2023 pour une durée de six ans. Il contribue à la conception et au développement de méthodes numériques, de composants logiciels et d’outils visant à soutenir les futurs systèmes européens exascale et post-exascale. NumPEx a pour objectif d’accompagner la communauté des Sciences Computationnelles et Ingegnerie (SCI) dans l’exploitation des capacités et du potentiel de ces nouvelles architectures, grâce à des composants logiciels exascale réutilisables (bibliothèques, frameworks, outils) et à l’amélioration des pratiques de développement logiciel à cette échelle. Les domaines d’application des SCI incluent, entre autres : les systèmes terrestres, le climat et l’environnement ; l’astronomie et l’astrophysique ; la physique des hautes énergies ; la biologie et les sciences de la santé ; la production et la gestion de l’énergie de fusion ; les sciences des matériaux ; l’aéronautique et l’automobile.
Le projet Exa-SofT de NumPEx vise à développer une pile logicielle cohérente et prête pour l’exascale, intégrant des avancées de recherche majeures pour répondre aux besoins des applications parallèles complexes et aux exigences des architectures exascale hétérogènes, tout en améliorant la productivité, la portabilité des performances, l’évolutivité, la résilience, ainsi que l’efficacité énergétique.
Le projet Exa-DI de NumPEx vise à accélérer le développement d’applications de SCI exascale grâce à des applications proxy représentatives de motifs de calcul et de communication, et à des kits de développement logiciel (SDK) conçus comme des collections logiques de composants logiciels interopérables et bien intégrés (bibliothèques, frameworks, outils). Ces SDK peuvent être facilement déployés dans divers environnements d’applications de SCI. Cette approche est mise en œuvre de manière itérative, via un processus de co-conception et de co-développement agile entre NumPEx et la communauté des applications SCI.

Les projets Exa-DI et Exa-SofT recherchent un·e candidat·e hautement motivé·e, doté·e d’une solide expertise en calcul scientifique haute performance, en algèbre multilinéaire et en contractions tensorielles pour les architectures exascale hétérogènes. Le·a candidat·e retenu·e rejoindra le PEPR NumPEx pour renforcer la collaboration entre les projets Exa-SofT et Exa-DI, et mieux soutenir l’algèbre multilinéaire et les contractions tensorielles dans les applications SCI exascale et en apprentissage automatique.

Activités

Dans le cadre de la collaboration entre Exa-DI et Exa-SoFT, les activités seront réparties comme suit :
- 50 % du temps : Travail sur l’algèbre multilinéaire et les contractions tensorielles en collaboration avec les équipes de recherche et de développement logiciel d’Exa-SofT.
- 50 % du temps : Intégration et soutien des bibliothèques d’algèbre tensorielle et de contractions tensorielles dans les applications proxy et les SDK basés sur des motifs, au sein de l’équipe CDT d’Exa-DI.
Missions détaillées :

Au sein d’Exa-DI (CDT)
- Contribuer, selon son expertise, au groupe de travail WG1 d’Exa-DI sur les discrétisations FEM d’ordre élevé pour les EDP à l’échelle exascale, afin de co-identifier et spécifier de nouvelles versions de proxy-GEOS intégrant des trains de tenseurs explicites pour améliorer les performances et la portabilité.
- Développer de nouvelles versions de proxy-GEOS pour l’intégration de composants logiciels d’algèbre multilinéaire et de contractions tensorielles, en exploitant des modèles de programmation et d’exécution parallèles, ainsi que des couches d’abstraction.
- Concevoir une interface algébrique de haut niveau favorisant la réutilisation la plus large et flexible des composants logiciels d’algèbre multilinéaire et de contractions tensorielles, et supporter la sélection dynamique d’implémentations optimisées pour divers dispositifs de calcul (CPU, GPU), tout en garantissant cohérence et performance.
- Identifier de nouveaux domaines d’application (systèmes de matière condensée, chimie quantique, biologie computationnelle) avec des démonstrateurs applicatifs bien définis, pouvant mener à de nouvelles activités basées sur des motifs Exa-DI d’ici fin 2026.
- Fournir un encadrement technique aux ingénieurs moins expérimentés du CDT et assurer le transfert de connaissances via du support et des formations.
- Jouer un rôle actif dans l’approche Agile d’Exa-DI en contribuant à l’amélioration des processus, à la planification et au suivi des projets, aux revues de progression et démonstrations, ainsi qu’à la coordination avec les autres équipes.

Au sein d’Exa-SoFT
La tâche T4.4 du WP4 du projet Exa-SofT porte sur le développement d’algorithmes et de codes efficaces pour l’algèbre multilinéaire, avec un accent particulier sur l’utilisation de modèles et outils de programmation parallèle innovants.
- Concevoir de nouveaux algorithmes pour le calcul tensoriel creux par blocs à grande échelle, adaptés aux supercalculateurs massivement parallèles et accélérés.
- Étudier l’utilisation du parallélisme à base de tâches pour l’implémentation de ces algorithmes, en collaboration avec le WP3 d’Exa-SofT et en utilisant le runtime StarPU. Cela pourrait conduire au développement de nouvelles fonctionnalités dans StarPU, bénéfiques pour d’autres algorithmes et applications.
- Explorer des techniques pour améliorer les performances et l’efficacité sur les accélérateurs (GPU), comme le batching pour gérer les contractions tensorielles avec des blocs de taille variable, ou des méthodes avancées d’équilibrage de charge dans des environnements fortement hétérogènes (CPU+GPU).

Ce travail pourra également bénéficier des développements des WP1 et WP2 d’Exa-SofT sur les techniques d’optimisation pour les couches de portabilité (Kokkos), et des WP5 et WP6 sur le profilage et l’analyse des performances et de la consommation énergétique. Une interaction forte est attendue avec le projet Exa-DI pour l’utilisation des méthodes et codes résultants dans les applications proxy fournies.

Compétences

- Doctorat en informatique ou dans un domaine lié au calcul scientifique.
- Expérience solide en développement logiciel pour l’algèbre multilinéaire et les contractions tensorielles.
- Maîtrise de plusieurs langages de programmation (Python, C/C++, Fortran), avec une expertise en programmation parallèle (GPU, multithreading, etc.).
- Connaissance des outils collaboratifs standards : Git, GitHub, CMake, Guix-HPC, Spack, GTest, CTest, etc.
- Pragmatisme, esprit d’analyse et capacité à prendre des initiatives pour aborder des problèmes complexes sous contraintes (délais, défis techniques majeurs).
- Aptitude au travail d’équipe et intérêt marqué pour les collaborations multidisciplinaires impliquant plusieurs parties prenantes à l’intersection des mathématiques appliquées, de l’informatique et des applications SCI.
- Excellentes compétences en communication écrite et orale, en français et en anglais.

Contexte de travail

Le contrat s'effectuera au sein de l'équipe APO (Algorithmes Parallèles et Optimisation) du laboratoire IRIT (Institut de Recherche en Informatique de Toulouse), dans les locaux de l'école ENSEEIHT, à Toulouse. Il se deroulera dans le contexte des projets du PEPR NumPEx Exa-SofT et Exa-DI (https://numpex.org/).

Le poste nécessite des déplacements réguliers (environ 1 semaine par mois) sur le campus de Paris-Saclay pour collaborer avec l’équipe Computational Data Team (CDT) d’Exa-DI, et éventuellement sur le campus de l’Université de Bordeaux pour travailler avec les équipes de recherche et de développement logiciel d’Exa-SofT.


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.