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Avec son Digital Annealer, Fujitsu veut démocratiser les bénéfices de l'informatique quantique via le cloud

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Le géant japonais de l'informatique Fujitsu lance un service cloud dédié aux problèmes d'optimisation combinatoire. Baptisé "Digital Annealer", il s'inspire de l'informatique quantique pour résoudre des problèmes hors de portée des systèmes informatiques classiques. Une solution à des problèmes extrêmement spécifiques, mais qui leur apporte une énorme valeur ajoutée. Fujitsu s'appuie pour ce faire sur une puce spécialisée développée en interne et sur un partenariat avec la start-up 1QBit. Il se place par ailleurs en compétiteur direct de D-Wave.

Avec son Digital Annealer, Fujitsu veut démocratiser les bénéfices de l'informatique quantique via le cloud
Un modèle factice de la Digital Annealing Unit (DAU) de Fujitsu. © Julien Bergounhoux

Le groupe japonais Fujitsu fait étal de ses innovations technologiques au Fujitsu Forum 2018, évènement qui se déroule à Tokyo du 15 au 18 mai. Parmi les annonces, la plus intéressante est sans conteste la disponibilité depuis le 15 mai du Digital Annealer, un service cloud de calcul de problèmes complexes d'optimisation combinatoire.

 

Un concept inspiré par l'informatique quantique

En anglais "annealing" désigne historiquement le recuit d'une pièce métallique, c'est-à-dire sa montée en température puis son refroidissement contrôlé afin de remodeler sa structure interne pour réduire les impuretés. À la fin du 20e siècle, le procédé de "quantum annealing" a été théorisé : il tire parti des propriétés de la physique quantique (notamment le phénomène de tunnel quantique) pour trouver rapidement la meilleure solution à un problème comportant un très grand nombre de variables.

 

De son côté, le Digital Annealer fait ce qu'on appelle du "simulated annealing", c'est-à-dire qu'il s'inspire de ces phénomènes quantiques pour résoudre le problème avec un système informatique classique. En lieu et place de l'effet de tunnel quantique, le "refroidissement contrôlé" s'appuie dans ce cas sur des paramètres de "température" qui représentent une réduction progressive de la probabilité d'accepter une moins bonne solution au problème.

 

Une solution à forte valeur ajoutée pour des problèmes extrêmement spécifiques

C'est une solution qui n'est adaptée qu'à certains problèmes bien spécifiques, qui peuvent difficilement être résolus autrement. "Il s'agit de problèmes impliquant de nombreuses combinaisons, ce qu'on qualifie de problèmes 'NP-hard' en mathématiques," explique Guillaume Barroux, un chercheur français basé à Tokyo au sein de Fujitsu Laboratories. Elle correspond donc à peu de cas d'usage, mais lorsqu'elle est appropriée, sa valeur ajoutée est énorme. Elle nécessite qu'un spécialiste convertisse le problème du client en paramètres compatibles avec le modèle mathématique du système (modèle d'Ising).

 

Un cas d'usage typique est l'optimisation de route, dont l'exemple le plus connu est le problème du voyageur de commerce : déterminer le chemin le plus court entre différentes villes en ne passant qu'une fois par chaque ville et en revenant dans la ville de départ à la fin. Plus le nombre de villes augmente, plus le problème est complexe à résoudre. Lorsqu'on atteint 100 villes, le temps nécessaire pour trouver la solution avec une méthode conventionnelle (où on essaie chaque solution l'une après l'autre) est tellement long qu'il dépasse la durée de l'existence de l'univers. En faisant de l'annealing, cela prend moins d'une seconde.

 

Trois projets pilotes réalisés avec succès

La gestion du trafic et des embouteillages dans les centres urbains est donc une problématique toute désignée pour ce système. Mais il y en a beaucoup d'autres, comme la recherche en chimie, pour la mise au point de nouvelles molécules, ou la radiothérapie avec la destruction de tumeurs cérébrales par une combinaison de rayons lasers croisés qui travaillent de manière à ne pas endommager les tissus environnants. On peut également citer la gestion financière, pour créer des portfolios diversifiés et avec un risque minimal de pertes, ainsi que la logistique, pour optimiser le placement des pièces et les routes à suivre pour les déposer ou les récupérer.

 

Lors du Fujitsu Forum, Kazuhiro Nakamura, assistant VP chez Fujitsu en charge du Digital Annealer, a présenté trois cas clients déjà mis en œuvre avec la première génération du Digital Annealer. Le premier avec Recruit Communications pour développer de nouvelles techniques marketing, le second avec Mitsubishi UFJ Trust Investment Technology Institute pour l'optimisation d'investissements et le troisième avec Fujifilm pour optimiser et flexibiliser le processus de fabrication sur les lignes de production. Des essais et discussions sont par ailleurs déjà en cours avec des entreprises étrangères que Fujitsu n'a pas nommées.

 

L'as dans la manche de Fujitsu : une puce spécialisée pour ces calculs

Fujitsu travaille sur le "simulated annealing" depuis une dizaine d'années et y investit sérieusement depuis 5 ans, notamment au travers d'un partenariat avec l'Université de Toronto. Le groupe japonais travaille à la fois sur l'aspect logiciel, algorithmique et matériel. L'une de ses avancées les plus importantes est la mise au point d'une puce baptisée Digital Annealing Unit. Il s'agit d'un ASIC (application-specific integrated circuit), une puce optimisée pour un type de calcul bien spécifique.

 

Elle représente la "deuxième génération" du Digital Annealer et va permettre de grandement accélérer les performances de son offre, passant d'une échelle de 1024 bit avec une précision de 16 bit à une échelle de 8192 bit et une précision de 64 bit. "Nous avons commencé sur des FPGA avant de mettre au point la DAU, et nous avons affiné le modèle en parallèle", commente Guillaume Barroux. Il fait partie d'une équipe d'une trentaine de personnes qui travaillent sur le sujet au sein de Fujitsu Labs.

 

L'annealing offert en tant que service cloud

La deuxième génération du Digital Annealer est aussi définie par sa disponibilité sous un modèle Software-as-a-Service (SaaS) via le cloud. Fujitsu a pour ce faire contracté un partenariat avec la start-up canadienne 1QBit, leader dans ce domaine. Leur offre combine le hardware de Fujitsu et le middleware de 1QBit. Le service n'est disponible qu'au Japon pour le moment, mais sera offert à l'échelle globale au cours de l'année fiscale 2018 (d'abord en Amérique du Nord puis dans les autres régions). Pour référence l'année fiscale de Fujitsu débute en avril et se termine en mars.

 

L'ambition de Fujitsu est d'atteindre une échelle d'un million de bits au cours de l'année fiscale 2019 (c'est-à-dire avant mars 2020). Le groupe développe par ailleurs une version datacenter (on-premise) de son offre, pour les clients qui ne souhaitent pas passer par le cloud. Un raisonnement pertinent à l'heure du RGPD, sachant que les données utilisées pour ces calculs sont généralement très sensibles.

 

"Comme D-Wave, mais en mieux"

Plusieurs grandes entreprises travaillent sur la question quantique et ce avec plusieurs approches (Intel, IBM, Microsoft, Google…), mais l'offre de Fujitsu est unique à l'heure actuelle. L'acteur le plus célèbre en matière d'annealing est D-Wave, une entreprise qui se présente comme un concepteur d'ordinateurs quantiques (ce qui est sujet à controverse, l'existence de phénomènes quantiques dans ses machines n'étant pas prouvée).

 

Mais ses machines sont extrêmement coûteuses et requièrent une logistique bien particulière (avec notamment des températures très basses). "D-Wave est un concurrent direct, mais nous arrivons à faire la même chose en mieux et pour beaucoup moins cher," commente Guillaume Barroux. Et tout ça avec la simplicité d'utilisation du modèle SaaS. "Notre solution fonctionne à température ambiante et se connecte en PCI directement sur le serveur, c'est très simple à implémenter." Comme l'a précisé Shigeru Sasaki, CEO de Fujitsu Labs, lors d'une table-ronde, "la valeur ajoutée de notre offre est en grande partie le fait qu'elle s'intègre aux systèmes et technologies informatiques existants".

 

Fujitsu n'a pas peur de la compétition de Microsoft

Fujitsu pourrait cependant ne pas garder son avantage très longtemps. Microsoft nous a déclaré vouloir lancer un service de "simulated annealing" dans Azure en 2019. Les deux entreprises sont des partenaires historiques, et le président de Fujitsu l'a encore mis en avant lors de sa keynote du Fujitsu Forum 2018, mais Microsoft développe sa propre solution concurrente.

 

"Nous n'avons pas eu de discussions avec qui que ce soit à ce sujet pour le moment, a commenté Tatsuya Tanaka, président du groupe Fujitsu, en réponse à une question de L'Usine Digitale. Cependant, nous pouvons rester de proches partenaires même si nous sommes compétiteurs dans un domaine spécifique. L'important pour le moment est d'affiner notre technologie et de recueillir le sentiment de nos clients. Nous verrons par la suite comment l'apporter à nos partenaires s'ils le souhaitent. Nous restons évidemment ouvert à la collaboration."

 

Shigeru Sasaki, CEO de Fujitsu Labs, se montre par ailleurs confiant, même face à un acteur comme Microsoft. "J'ai lu des articles à ce sujet il y a quelques jours. Il semble que leur technologie est basée sur la fibre optique, mais il est vrai qu'ils se concentrent comme nous sur le digital et sur une capacité de calcul à grande échelle. En matière d'architecture, je pense qu'on peut dire qu'ils se sont inspirés de notre Digital Annealer."

 

Un "énorme" marché potentiel

Si Fujitsu n'a pas donné de projection de revenus pour cette technologie, le groupe se montre très confiant en la matière. "La taille du marché, même si on ne l'appliquait qu'au secteur médical, est énorme, a déclaré Shigeru Sasaki lors d'une session de questions-réponses. Nous n'avons pas encore effectué de calculs, mais d'ici la fin de cette année fiscale nous aurons des chiffres clairs à communiquer." Il pourrait donc dans tous les cas y avoir suffisamment de place pour plusieurs fournisseurs de solutions.

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