Description du prototype d'un système multimicroprocesseur adapté au traitement des algorithmes parallèles dont une étude des différentes architectures multiprocesseurs et de leur classification permet de le situer au sein des MIMD. Son architecture modulaire permet la connexion d'un grand nombre de processeurs sur un bus commun par un circuit d'arbitrage asynchrone. Une évaluation des performances du système dans le traitement des programmes utilisant les différents types de parallélisme est présentée.

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L'évolution constante des processeurs vers des architectures proposant des capacités superscalaires, de parallélisme au niveau des instructions, de prédiction, de spéculation et la multiplication des niveaux de hiérarchie mémoire donnent de plus en plus d'importance au travail du compilateur.<br />Dans cette thèse, nous nous intéressons aux transformations du programme source destinées à l'optimisation dans la chaîne de compilation, et plus particulièrement à une transformation appelée décalage d'instructions.<br />Cette transformation sert de base au pipeline logiciel, elle a une influence sur le parallélisme au niveau des instructions et l'utilisation des registres.<br />Elle intervient également comme composante des techniques de parallélisation de boucles par ordonnancement affine.<br />Nous avons voulu mieux comprendre les perspectives offertes par le décalage d'instructions, savoir quels objectifs il permettait d'atteindre mais aussi savoir quels problèmes de décalage restaient difficiles.<br />Pour cela nous avons étudié le décalage d'instructions dans plusieurs contextes plus ou moins proches, et apporté des contributions à chacun d'entre eux.<br /><br />Dans le cadre du pipeline logiciel, nous proposons un algorithme polynomial pour déterminer le décalage le plus à même de produire un maximum de parallélisme au niveau des instructions, et une étude expérimentale de l'efficacité absolue de la technique à l'aide de l'outil logiciel que nous avons réalisé dans ce but : PASTAGA (pour Plate-forme d'Analyse Statistique et de Tests d'Algorithmes sur Graphes Aléatoires).<br />Dans le cadre de l'utilisation des registres (stage scheduling), de la parallélisation de boucle et de la localité, nous apportons des réponses aux problèmes de décalage d'instructions associés~: complexité, solutions exactes, approximations.

En calcul de structures, la simulation de la réponse de structures complexes, et dans une encore plus grande mesure, l'optimisation vis à vis de paramètres de plus en plus nombreux dans l'optique de la conception, conduisent à des problèmes de grande taille. L'utilisation du parallélisme est donc un outil important pour pouvoir aborder la simulation de ces modèles.<br />Plus récemment, l'émergence des modélisations multiphysiques couplées requière des capacités de traitement d'autant plus grandes. Une particularité de ce type de modélisations est le caractère multiéchelle marqué, à la fois en temps et en espace, du problème couplé.<br />Dans ce mémoire, les travaux réalisés pour tirer parti du caractère multiéchelle en espace concernent principalement une stratégie de calcul micro / macro située à l'intersection des méthodes de décomposition de domaine, et des stratégies d'homogénéisation. Elle conduit à une stratégie de calcul extensible, et à une homogénéisation automatique, qui ne nécessite pas de traitement particulier des zones bords. Dans un deuxième temps, une stratégie de calcul adaptée aux problèmes multiphysiques, et développée dans le cadre de la poroélasticité, est présentée et sa faisabilité est montrée, sans tirer encore parti des propriétés du problème (multiéchelle à la fois en espace et en temps) pour augmenter ses performances.<br />Outre ce dernier point, pour aller vers des stratégies performantes pour le multiphysique, les perspectives intègrent entre autre, le contrôle et l'adaptivité pour la robustesse de l'approche, et le couplage de codes pour la mise en oeuvre. L'objectif est la construction d'outils permettant la simulation de composants ou de systèmes mettant en jeu des physiques différentes, et, comme c'est aussi souvent leur cas aussi, des procédés d'obtention et de conception.

Le thème sous-jacent au travail de thèse est de réaliser des calculs implicites de structures, pour des chargements quasi-statiques et sous les hypothèses des petites perturbations, sur des ordinateurs à architecture parallèle. La méthode employée se classe dans la catégorie des méthodes de décomposition de domaine pour résoudre des problèmes de grande taille.<br />La méthode employée se propose de tirer parti du parallélisme intégré dans la Méthode A Grand Incrément de Temps (LATIN), proposée par Pierre Ladevèze et développée depuis plusieurs années au Laboratoire de Mécanique et Technologie de Cachan, couplée avec une méthode de décomposition de la structure en sous-structures et interfaces. Une première étude, restreinte au cas de l'élasticité plane, a permis de mettre en évidence que l'utilisation directe de cette approche, sans stratégie particulière, perd rapidement de son efficacité lorsque le nombre de sous-structures croît.<br />Le but du travail de thèse a été de montrer la faisabilité de l'intégration d'une stratégie multiéchelle (à 2 degrés de raffinement suivant une vision hiérarchique), pour pallier la difficulté précédente. L'adjonction d'un problème à grande échelle, global sur toute la structure, permet ainsi de prendre en compte les effets à grande longueur d'onde et de propager rapidement l'information parmi les sous-structures. Cette stratégie a été implantée dans le code de calcul de type industriel CASTEM2000 (maintenant Cast3M) de façon à pouvoir être portée sur différents calculateurs multiprocesseurs à mémoire distribuée. Un autre point clé est l'étude du choix des discrétisations des champs intervenant dans la méthode, pour ne pas complètement privilégier une approche en déplacement au détriment des quantités « statiques », en particulier pour les interactions entre les sous-structures et leur environnement, à savoir les interfaces qui leur sont connectées.

Le domaine de la simulation interactive ou computational steering a pour but d'améliorer le processus de simulation numérique (modélisation, calcul, analyse) en le rendant plus interactif. Dans cette approche, le scientifique n'attend plus passivement les résultats de la simulation ; il peut visualiser en ligne l'évolution des données calculées et peut interagir à tout moment en modifiant certains paramètres à la volée ou plus généralement en pilotant le déroulement des calculs. Un tel outil peut s'avérer très utile pour la compréhension des phénomènes physiques modélisés et la détection d'erreurs dans le cas de simulations longues.<br /><br />L'objectif de cette thèse est de concevoir et de développer une plate-forme logicielle, appelée EPSN (Environnement pour le Pilotage des Simulations Numériques), permettant de piloter une application numérique parallèle en s'appuyant sur des outils de visualisation eux-mêmes parallèles. En d'autres termes, il s'agit de mettre au service des scientifiques les capacités de la visualisation parallèle et plus largement de la réalité virtuelle (environnement immersif, murs d'images), une étape aujourd'hui cruciale pour la conception et l'exploitation de simulations numériques complexes en vraie grandeur. La mise en oeuvre d'un couplage efficace entre simulation et visualisation soulève deux problèmes majeurs, que nous étudions<br />dans cette thèse et pour lesquels nous souhaitons apporter une contribution : le problème de la coordination efficace des opérations de pilotages en parallèle et le problème de la redistribution pour des données complexes (grilles structurées, ensembles de particules, maillages non structurés).

Nous nous intéressons dans cette thèse à la simulation parallèle des systèmes multi-agent (SMA), plus particulièrement à des comportements d'agents situés : entités autonomes agissant dans un environnement. La simulation du trafic routier, de populations de personnes ou d'animaux sont quelques exemples de ses applications.<br /><br />Actuellement, il y a un manque de simulateurs parallèles efficaces pour ces systèmes, qui seraient très utiles, compte tenu des temps d'exécution pour des simulations à grande échelle. Dans ce contexte, notre apport se divise en trois parties : (1)~fournir un modèle de simulation de SMAs à grande échelle, appelé ParSSAP, (2)~faire un travail d'algorithmique parallèle dans les SMAs et (3)~fournir une implantation de ce modèle sous la forme d'une bibliothèque parallèle.<br /><br />Dans cette thèse nous commençons par introduire les SMAs, les problèmes de parallélisation qu'ils posent et l'état de l'art dans la simulation des SMAs. Nous présentons ensuite nos travaux et apports : le modèle de simulation que nous avons conçu, l'algorithmique parallèle utilisée dans deux percepts d'agents fournis dans notre bibliothèque (calcul des champs de visibilité et propagation des champs de potentiel), la documentation sur notre bibliothèque et quelques applications avec leurs performances à l'exécution. Finalement, nous présentons le bilan, positif, de nos travaux.<br /><br />Notre modèle et son implantation parallèle sont destinés à une utilisation facile et à des exécutions efficaces. Ils peuvent encore être enrichis, néanmoins notre bibliothèque permet déjà de construire rapidement des applications efficaces à l'exécution sur des machines parallèles modernes.

Dans cette thèse, les mécanismes d'implantation efficace d'algorithmes d'ordonnancement dans des langages de programmation parallèle de haut niveau sont étudiés. Ces mécanismes sont basés sur les principes de dégénération séquentielle et distribuée. La dégénération séquentielle consiste à optimiser les coûts de création de tâches lorsqu'il n'est pas nécessaire de générer plus de parallélisme. La dégénération distribuée consiste à générer automatiquement une exécution distribuée aussi proche que possible de celle du programme équivalent écrit avec une bibliothèque de communication de type MPI. Dans l'objectif de proposer un couplage efficace de ces deux mécanismes, plusieurs protocoles de cohérence mémoire permettant d'implanter des couches de mémoire partagée distribuée sont comparés. Cette étude permet de valider l'efficacité du protocole "flot de données" que nous proposons lorsque le nombre de tâches déplacées lors de l'exécution du programme est faible. Un mécanisme de pile distribuée permettant l'implantation de ce protocole est proposé. Il est basé sur une gestion efficace du flot de données couplé avec un mécanisme d'allocation performant. Ces mécanismes sont finalement implantés dans le langage Athapascan et validés pour des applications de simulation et d'optimisation combintoire.

Cette thèse présente ANDES, une technique de modélisation quantitative d'algorithmes et de programmes parallèles. Le modèle est un graphe orienté et valué sans circuit composé de noeuds de calcul. Les arcs modélisent la précédence. Par le moyen de logiques d'entrée et de sortie, il est possible de modéliser le flot de données. ANDES prévoit la modélisation de certaines caractéristiques non-déterministes des algorithmes (e.g. branchement). Un support pour la description hiérarchique et regulière est aussi prevu. Des exemples de modèles ANDES sont présentés. La description du modèle est faite à partir d'une étude des autres techniques disponibles dans la littérature (e.g., GMB). La bibliothèque ANDES-C est utilisé pour la description de modèles ANDES. Avec cette bibliothèque, un modèle ANDES est décrit comme un programme C. L'avantage de cette représentation textuelle est, entre autres, la possibilité de décrire, de façon compacte, de modèles avec de milliers de noeuds de calcul. Le modèle ANDES peut être utilisé dans différents contextes d'évaluation de performances, principalement comme une forme de modélisation d'une charge de travail. Ce modèle de la charge de travail peut être donné, par exemple, à un simulateur ou à un modèle analytique (e.g., un système de files d'attente). Dans ce travail, nous utilisons ANDES afin de générer, à partir des modèles, des charges synthétiques exécutées par une vraie machine parallèle. Cet environnement de transformation et d'exécution d'une charge synthétique est appelé ANDES-Synth. A part le modèle de la charge de travail, il est possible de modéliser aussi une machine parallèle qui est "émulée" par la machine parallèle cible. ANDES-Synth est utilisé, dans ce travail de thèse, pour l'évaluation de stratégies de placement statique (quatre heuristiques gloutonnes et deux itératives). Un algorithme de regroupement (utilisé dans l'outil Pyrros) est utilisé afin de permettre l'application des stratégies de placement aux modèles ANDES.

Cette thèse concerne une nouvelle méthode de réduction des réseaux de Petri. Le problème de la réduction des réseaux a d'abord été considéré comme le moyen de réduire l'espace des états sans modifier un certain nombre de propriétés (telles que "être borne", "être vivant", etc) afin de faciliter leur étude. Nous nous placons ici dans une toute autre optique, puisque nous allons chercher une méthode de réduction non pas en voulant conserver un ensemble de propriétés, mais préservant le comportement du réseau. Dans les premières parties, nous recherchons la relation la plus grande possible qui soit une équivalence sur les places du réseaux nous permettant de les fusionner et telle que le réseau réduit soit bisimilaire au réseau original. Nous montrons que la bisimulation de places vérifie ces contraintes et qu'il existe des algorithmes efficaces (polynomiaux) pour la calculer. Dans la suite, des cas d'extensions classiques des réseaux (arcs inhibiteurs) comme des équivalences (bisimulations "observationnelle") sont abordés. La dernière partie de la thèse s'intéresse à l'équivalence de propriétés entre le réseau initial et le réseau quotient. Ce travail se termine par la présentation succincte du logiciel Petris qui met en oeuvre les différents algorithmes.