2025-2026

Avenue Victor Maistriau 8a
7000 Mons

Fiche ects de l'unité d'enseignement #3494 intitulée :

High performance computing

Master en Sciences de l'Ingénieur industriel / orientation Informatique / Cycle 2 Bloc 1
- option Intelligence artificielle et Big Data
- option Intelligence artificielle et Big Data - Passerelle

Informations

Responsable d'UE : Jean-Sébastien LERAT

Bloc : MA1 Info

Période : 2^e quadrimestre

Durée : 42 h

Crédits : 4 ects

UE Prérequises : aucune

UE Corequises : aucune

Activités d'apprentissage (AA)

Calcul distribué : 21 h, Jean-Sébastien LERAT
Programmation réseau : 12 h, Jean-Sébastien LERAT
Informatique quantique : 9 h, Jean-Sébastien LERAT

Connaissances et compétences préalables

Maîtrise de la pile TCP/IP

Maîtrise du C/C++

Connaissance des systèmes d'exploitation (GNU/Linux & Windows)

Contribution aux objectifs de développement durable

	Objectif 1 : Éliminer la pauvreté sous toutes ses formes et partout dans le monde 1.4 D’ici à 2030, faire en sorte que tous les hommes et les femmes, en particulier les pauvres et les personnes vulnérables, aient les mêmes droits aux ressources économiques et qu’ils aient accès aux services de base, à la propriété et au contrôle des terres et à d’autres formes de propriété, à l’héritage et aux ressources naturelles et à des nouvelles technologies et des services financiers adéquats, y compris la microfinance.
	Objectif 3 : Permettre à tous de vivre en bonne santé et promouvoir le bien-être de tous à tout âge 3.7 D’ici à 2030, assurer l’accès de tous à des services de soins de santé sexuelle et procréative, y compris à des fins de planification familiale, d’information et d’éducation, et la prise en compte de la santé procréative dans les stratégies et programmes nationaux.
	Objectif 4 : Assurer l’accès de tous à une éducation de qualité, sur un pied d’égalité, et promouvoir les possibilités d’apprentissage tout au long de la vie 4.3 D’ici à 2030, faire en sorte que les femmes et les hommes aient tous accès dans des conditions d’égalité à un enseignement technique, professionnel ou tertiaire, y compris universitaire, de qualité et d’un coût abordable.
	Objectif 5 : Parvenir à l’égalité des sexes et autonomiser toutes les femmes et les filles 5.b Renforcer l’utilisation des technologies clefs, en particulier l’informatique et les communications, pour promouvoir l’autonomisation des femmes.
	Objectif 7 : Garantir l’accès de tous à des services énergétiques fiables, durables et modernes, à un coût abordable 7.1 D’ici à 2030, garantir l’accès de tous à des services énergétiques fiables et modernes, à un coût abordable. 7.b D’ici à 2030, développer l’infrastructure et améliorer la technologie afin d’approvisionner en services énergétiques modernes et durables tous les habitants des pays en développement, en particulier des pays les moins avancés, des petits États insulaires en développement et des pays en développement sans littoral, dans le respect des programmes d’aide qui les concernent.
	Objectif 8 : Promouvoir une croissance économique soutenue, partagée et durable, le plein emploi productif et un travail décent pour tous 8.2 Parvenir à un niveau élevé de productivité économique par la diversification, la modernisation technologique et l’innovation, notamment en mettant l’accent sur les secteurs à forte valeur ajoutée et à forte intensité de main-d’oeuvre. 8.4 Améliorer progressivement, jusqu’en 2030, l’efficience de l’utilisation des ressources mondiales du point de vue de la consommation comme de la production et s’attacher à ce que la croissance économique n’entraîne plus la dégradation de l’environnement, comme prévu dans le cadre décennal de programmation relatif à la consommation et à la production durables, les pays développés montrant l’exemple en la matière.
	Objectif 9 : Bâtir une infrastructure résiliente, promouvoir une industrialisation durable qui profite à tous et encourager l’innovation 9.1 Mettre en place une infrastructure de qualité, fiable, durable et résiliente, y compris une infrastructure régionale et transfrontière, pour favoriser le développement économique et le bien-être de l’être humain, en mettant l’accent sur un accès universel, à un coût abordable et dans des conditions d’équité. 9.2 Promouvoir une industrialisation durable qui profite à tous et, d’ici à 2030, augmenter nettement la contribution de l’industrie à l’emploi et au produit intérieur brut, en fonction du contexte national, et la multiplier par deux dans les pays les moins avancés.
	Objectif 11 : Faire en sorte que les villes et les établissements humains soient ouverts à tous, sûrs, résilients et durables 11.2 D’ici à 2030, assurer l’accès de tous à des systèmes de transport sûrs, accessibles et viables, à un coût abordable, en améliorant la sécurité routière, notamment en développant les transports publics, une attention particulière devant être accordée aux besoins des personnes en situation vulnérable, des femmes, des enfants, des personnes handicapées et des personnes âgées. 11.6 D’ici à 2030, réduire l’impact environnemental négatif des villes par habitant, y compris en accordant une attention particulière à la qualité de l’air et à la gestion, notamment municipale, des déchets.
	Objectif 12 : Établir des modes de consommation et de production durables 12.2 D’ici à 2030, parvenir à une gestion durable et à une utilisation rationnelle des ressources naturelles.
	Objectif 15 : Préserver et restaurer les écosystèmes terrestres, en veillant à les exploiter de façon durable, gérer durablement les forêts, lutter contre la désertification, enrayer et inverser le processus de dégradation des sols et mettre fin à l’appauvrissement de la biodiversité 15.5 Prendre d’urgence des mesures énergiques pour réduire la dégradation du milieu naturel, mettre un terme à l’appauvrissement de la biodiversité et, d’ici à 2020, protéger les espèces menacées et prévenir leur extinction.

Contribution aux objectifs du référentiel de compétences de l'ARES

Identifier, conceptualiser et résoudre des problèmes complexes
- Intégrer les savoirs scientifiques et technologiques afin de faire face à la diversité et à la complexité des problèmes rencontrés
- Concevoir, développer et améliorer des produits, processus et systèmes techniques
- Modéliser, calculer et dimensionner des systèmes
- Sélectionner et exploiter les logiciels et outils conceptuels les plus appropriés pour résoudre une tâche spécifique
- Établir ou concevoir un protocole de tests, de contrôles et de mesures.
Concevoir et gérer des projets de recherche appliquée
- Réaliser des simulations, modéliser des phénomènes afin d’approfondir les études et la recherche sur des sujets technologiques ou scientifiques
- Mener des études expérimentales, en évaluer les résultats et en tirer des conclusions
- Valider les performances et certifier les résultats en fonction des objectifs attendus
S’intégrer et contribuer au développement de son milieu professionnel
- Planifier le travail en respectant les délais et contraintes du secteur professionnel (sécurité …)

Acquis d'apprentissage spécifiques

Expliquer les différences entre fils d’exécution et processus, ainsi que leurs implications en termes de performances et d’isolation.
Mettre en œuvre la communication inter-processus (GNU/Linux, Windows) à l’aide de mécanismes adaptés.
Utiliser des primitives de synchronisation (mutex, sémaphore) pour coordonner des threads ou processus concurrents.
Décrire les modèles de calcul parallèle (mémoire partagée, mémoire distribuée) et leurs avantages/limites.
Programmer des applications parallèles avec Multi-Processing (MP) et OpenMP.
Concevoir des applications distribuées exploitant MPI/OpenMPI et analyser leurs performances.
Mettre en œuvre des communications distribuées via RPC et SHMEM.
Expérimenter avec des bibliothèques spécialisées (NCCL, UCC, UCX) pour optimiser les communications en environnement HPC.
Expliquer les principes des sockets et leurs implémentations sous Linux (BSD Sockets) et Windows (WinAPI).
Développer des applications réseau exploitant des sockets RAW, UDP et TCP, et comparer leurs comportements et usages.
Comprendre les notions fondamentales de l’informatique quantique : qubit, superposition, intrication, mesure.
Mettre en œuvre des circuits quantiques simples avec Qiskit et un simulateur quantique.
Illustrer par la programmation les algorithmes quantiques Deutsch-Jozsa, Grover et Shor sur simulateur.
Évaluer les cas d’usage pertinents de l’informatique quantique par rapport au calcul classique.

Contenu des AA

Calcul distribué

Fils d'exécution, multi-processus, communication inter-processus (GNU/Linux, Windows)

Mutex, Sémaphore

Calcul parallèle, calcul distribué

Multi-Processing (MP), OpenMP

Message Passing Interface (MPI), OpenMPI

Remore Procedure Call (RPC)

SHared MEMory (SHMEM)

NVIDIA Collective Communications Library (NCCL)

Unified Collective Communication (UCC)

Unified Communication X (UCX)

Programmation réseau

Socket BSD

WinAPI 2

Socket RAW

Socket UDP

Socket Stream (TCP)

Informatique quantique

Qubit, superposition, intrication, mesure.

Algorithmes : Deutsch-Jozsa, Grover, Shor.

Qiskit

Répartition des heures

Calcul distribué : 7 h de théorie, 14 h d'exercices/Labos

Programmation réseau : 2 h de théorie, 10 h d'exercices/Labos

Informatique quantique : 6 h de théorie, 3 h d'exercices/Labos

Méthodes d'enseignement

Calcul distribué : cours magistral, approche par projets, utilisation de logiciels

Programmation réseau : cours magistral, approche par projets, utilisation de logiciels

Informatique quantique : cours magistral, approche par projets, utilisation de logiciels

Langues d'enseignement

Calcul distribué : français, anglais

Programmation réseau : français, anglais

Informatique quantique : français, anglais

Supports

Calcul distribué : copies de présentations, protocoles de laboratoires

Programmation réseau : copies de présentations, protocoles de laboratoires

Informatique quantique : copies de présentations, protocoles de laboratoires

Ressources bibliographiques

Calcul distribué

Using OpenMP: Portable Shared Memory Parallel Programming (Chapman, Jost, van der Pas, 2007)
Programming Your GPU with OpenMP (Tom Deakin & Tim Mattson, 2023)
Yang, C. T., Huang, C. L., & Lin, C. F. (2011). Hybrid CUDA, OpenMP, and MPI parallel programming on multicore GPU clusters. Computer Physics Communications, 182(1), 266-269.
Parallel Programming for Science and Engineering (par Victor Eijkhout, dans The Art of HPC, 2021)

Programmation réseau

UNIX Network Programming, Volume 1: The Sockets Networking API (W. Richard Stevens, 3ᵉ éd.)
TCP/IP Sockets in C: Practical Guide for Programmers (Donahoo & Calvert, 2021)

Informatique quantique

Quantum Computation and Quantum Information – Michael Nielsen & Isaac Chuang (2ᵉ éd., 2010)
A Practical Guide to Quantum Computing (Hands-on with Qiskit)

Évaluation et pondération

Méthode d'évaluation : note globale à l'UE

Langues d'évaluation : français

Modalités d'évaluation :

Examen de laboratoire (exercice à réaliser sur ordinateur)

Report de note d'une année à l'autre pour l'AA réussie en cas d'échec à l'UE :

Calcul distribué : non
Programmation réseau : non
Informatique quantique : non

High performance computing

Informations

UE Prérequises : aucune

UE Corequises : aucune

Activités d'apprentissage (AA)

Connaissances et compétences préalables

Contribution aux objectifs du référentiel de compétences de l'ARES

Acquis d'apprentissage spécifiques

Contenu des AA

Calcul distribué

Programmation réseau

Informatique quantique

Répartition des heures

Méthodes d'enseignement

Langues d'enseignement

Supports

Ressources bibliographiques

Calcul distribué

Programmation réseau

Informatique quantique

Évaluation et pondération

Modalités d'évaluation :

Report de note d'une année à l'autre pour l'AA réussie en cas d'échec à l'UE :

UE Prérequises : aucune

UE Corequises : aucune

Modalités d'évaluation :

Report de note d'une année à l'autre pour l'AA réussie en cas d'échec à l'UE :