​Derrière de lourdes portes, les plus gros supercalculateurs français dédiés aux besoins industriels, académiques, et de la Défense se dévoilent. Depuis plusieurs décennies, l’avenir du calcul haute performance se dessine ici, sur le site CEA de Bruyères-le- Châtel et au sein du TGCC. 

Dans le hall d’accueil, un ancien calculateur Cray, avec son design arrondi pour optimiser les interconnexions, rappelle cet historique. Installé au début des années 1980, l’appareil comprenait un unique processeur et affichait une puissance de calcul moindre qu’un smartphone.

Aujourd’hui, rien que l’une des deux partitions de la machine EXA1, supercalculateur dédié à la Défense, compte 13 824 processeurs AMD, soit 884 736 cœurs de calcul. Au-delà du changement d’échelle, c’est un changement d’univers. « Les calculateurs se sont densifiés et permettent des modélisations toujours plus fines », explique Jacques-Charles Lafoucrière, à la tête du projet Numérique haute performance au CEA. Chaque cluster comporte ainsi des centaines, voire des milliers d’ordinateurs qui fonctionnent en parallèle, impliquant un incroyable réseau haut débit et faible latence.

L’essor de la photonique

Afin d’améliorer les interconnexions et le transfert des données, le CEA développe la photonique sur silicium. « Il s’agit d’utiliser des photons, de la lumière donc, pour transporter les informations dans les composants, à la place des électrons », simplifie Eléonore Hardy, responsable des partenariats photonique sur silicium. Pour l’instant, dans les centres informatiques, les fibres optiques s’arrêtent en entrée des baies, où des convertisseurs transforment le signal optique en signal électrique. « Mais l’IA a de gros besoins, et le cuivre montre ses limites, poursuit la spécialiste. Avec le copackage optique, le CPO, nous faisons entrer la liaison optique dans les serveurs. » 

Le CEA travaille sur ces composants et leur intégration, notamment au niveau des substrats, en explorant les matériaux dit « III-V ». Il accompagne aussi les acteurs du marché et a essaimé plusieurs start-up, dont Scintil Photonics. Cette dernière a levé 50 millions d’euros en 2025 avec la participation de NVidia. Le CEA participe également au projet StarLight piloté par STMicroelectronics, lancé en septembre 2025, et qui vise à renforcer la souveraineté européenne dans le domaine. De fait, fidèle à sa mission d’accompagnement des entreprises, le CEA mène plusieurs projets et collaborations sur l’ensemble de la chaîne de valeur du numérique. Une rencontre avec Miroslaw Klaba, directeur R&D d’OVHcloud, lors des Leti Innovation Days, a par exemple ouvert la voie à des échanges approfondis autour des multiples enjeux de recherche et d’innovation relatifs aux secteurs des data centers et du cloud.

Un refroidissement à eau

Aux questions de calcul s’ajoutent les questions d’alimentation électrique et de refroidissement. À Bruyères-le-Châtel, les machines sont refroidies à l’eau et non plus à l’air. « Nous envoyons de l’eau à 35 °C au sein même des serveurs, et elle ressort à 44 °C », décrit Jean-Marc Ducos, en charge de l’optimisation énergétique. Des tuyaux, installés sous le faux plancher, transportent l’eau jusqu’au pied des baies, où deux flexibles prennent le relais et entrent à l’intérieur de l’armoire, faisant circuler l’eau jusque dans chaque unité via un circuit fermé. « Ce système offre une très bonne capacité de refroidissement, une récupération de chaleur localement au lieu d’un rejet fatal, et a un plus faible impact énergétique avec des pompes plus efficaces que les ventilations », détaille Alain Ruby, chef de programme Efficacité énergétique des systèmes complexes et des réseaux.

Avec son cycle fermé, il limite l’impact sur la ressource en eau et s’inscrit dans une logique circulaire. « La chaleur produite peut être valorisée en alimentant un réseau de chaleur urbain ou bien un équipement municipal », continue le responsable. C’est ainsi que le centre CEA est chauffé l’hiver : l’eau sortante des supercalculateurs est envoyée vers une pompe à chaleur qui la remonte à 66 °C, puis la réinjecte dans le circuit de chauffage. L’été, des tours adiabatiques à l’extérieur du bâtiment permettent de redescendre l’eau à 35 °C. « Il faut noter aussi les travaux menés par les constructeurs de puces pour que les machines puissent fonctionner à des températures plus élevées, limitant les besoins de refroidissement », rappelle Jacques-Charles Lafoucrière. 

Le bouleversement IA

Côté alimentation électrique, le centre de Bruyères-le-Châtel est desservi par deux lignes très haute tension. « Depuis le réseau RTE à plus de 20 000 volts, les convertisseurs de puissance s’enchaînent pour aboutir à moins d’un volt dans les serveurs informatiques, décrit Sylvain Bacquet, à la tête du laboratoire Électronique énergie et puissance au CEA. Il faut limiter au maximum les déperditions le long de cette chaîne. » Pour cela, le CEA développe des composants haute performance et des systèmes de pilotage optimisés, visant à réduire le nombre d’étapes. « Nous travaillons sur l’architecture des convertisseurs et sur les matériaux à large bande interdite, les composants “grand gap” », détaille l’expert. Le CEA participe ainsi aux projets européens GaN4AP, sur le nitrure de gallium, et FastLane, sur le carbure de silicium. Ces matériaux permettent la densité de puissance extrême nécessaire pour les centres de calcul IA.

Calcul haute performance et IA affichant des problématiques semblables, les compétences reconnues du CEA dans le premier en font de fait un acteur clé pour la seconde, qui a bouleversé les centres informatiques. Côté composants, « les CPU, processeurs classiques, ont été détrônés par les GPU, processeurs graphiques qui permettent d’effectuer plus d’opérations en parallèle et sont très efficaces pour l’entraînement des IA, retrace Denis Dutoit, au département Systèmes et circuits intégrés numériques du CEA. Mais ces derniers montrent leurs limites compte tenu de leur consommation énergétique exponentielle. » Le CEA explore donc de nouvelles pistes, comme les accélérateurs IA. 

« Ni CPU ni GPU, ces composants sont spécialisés et optimisés pour certaines tâches très souvent répétées, permettant un gain de temps et de consommation énergétique », explique le responsable. C’est l’un des objets du programme CamelIA dédié aux composants pour l’IA et leur intégration, co-porté par les agences de programmes du CEA et de l’Inria sur le numérique et les composants. 

Data center : en français, centre de données

Cloud : en français "nuage" est un ensemble de matériels, de raccordements réseau et de logiciels fournissant des services qu'individus et collectivités peuvent exploiter depuis n'importe où dans le monde.