Les maladies cardiovasculaires sont la cause la plus fréquente de décès dans le monde et la moitié de ces décès sont dus à l'arythmie cardiaque, un trouble de synchronisation électrique du cœur. Les modèles numériques qui représente ce système complexe sont très sophistiqués et largement utilisés. Cependant pour transposer les observations relatives au vieillissement et aux maladies cardiaques, ils doivent passer d'une approche de continuum à une représentation à l’échelle des cellules individuelles et de leurs interconnexions. Cela implique un problème numérique différent, plus difficile, et une taille du problème multipliée par 10 000. Des ordinateurs dits "Exascale*" seront nécessaires pour faire fonctionner ces modèles.

Le projet Microcard prévoit de développer une plateforme d'application exascale pour les simulations d'électrophysiologie cardiaque qui soit utilisable pour les simulations cellule par cellule. La plateforme sera conçue conjointement par des experts en calcul haute performance, des scientifiques en calcul numérique, des ingénieurs biomédicaux et des scientifiques biomédicaux, issus du monde universitaire et de l'industrie. Nous développerons, de concert, des schémas numériques adaptés au parallélisme exascale, des solveurs et préconditionneurs de systèmes linéaires adaptés aux problèmes, ainsi qu'un compilateur permettant de traduire les descriptions de modèles de haut niveau en un code système optimisé et économe en énergie pour les systèmes de calcul hétérogènes. Le code sera mis en parallèle avec un système d'exécution récemment développé qui résiste aux défaillances matérielles et utilisera une stratégie de planification des tâches tenant compte de l'énergie.

La plateforme sera mise en application dans des cas d'utilisation pratiques avec un fort impact dans le domaine biomédical et mettra en évidence le calcul intensif dans ce domaine où il est malheureusement sous-exploité. Elle sera rendue accessible à un large éventail d'utilisateurs, à la fois sous forme de code et par le biais d'une interface web. Nous utiliserons en outre notre expertise en matière de calcul haute performance et de biomédecine pour accélérer le développement de logiciels de segmentation et de (re)maillage parallèles, nécessaires pour créer les maillages extrêmement grands et complexes requis à partir des grands volumes de données microscopiques disponibles.

La plateforme sera adaptable à des systèmes biologiques similaires tels que les nerfs, et les composants de la plateforme seront réutilisables dans un large éventail d'applications.

Ce projet a été sélectionné pour obtenir un financement dans le cadre du programme européen Horizon 2020.

* Les supercalculateurs exaflopiques (Exascale computing en anglais) sont des ordinateurs de type supercalculateur fonctionnant selon une architecture massivement parallèle et dont la puissance de calcul dépasse 10¹⁸ flops. La machine décompose les tâches à effectuer en millions de sous-tâches, dont chacune d'entre elles est ensuite réalisée de manière simultanée par un processeur.