Les nouveaux paradigmes de calcul

La part des émissions de gaz à effet de serre du secteur numérique (cloud, datacenters, ordinateurs personnels, smartphones, tablettes, etc.) dans le monde est estimée à environ 3 à 4 % des émissions globales. En France, le secteur du numérique consomme plus de 10% de l’électricité et pourrait atteindre 20% d'ici quelques années. 

La sobriété numérique, qui vise à réduire l'impact environnemental du numérique, est devenue une préoccupation majeure et le calcul frugal en est une composante importante. Dans ce contexte, le défi consiste à concevoir des algorithmes, des logiciels, des applications et des infrastructures informatiques (cloud, datacentres, supercalculateurs, etc.) moins énergivores. Saviez-vous qu'une simple requête ChatGPT nécessiterait en moyenne 2,5 Watts, ou qu’un email émet entre 0,03 et 26 grammes de CO₂ selon sa taille ?

Dès les années 1990, la communauté scientifique a théorisé que le calcul quantique, en exploitant les propriétés de superposition et d’intrication quantique, offrirait un avantage exponentiel pour résoudre certaines classes de problèmes (optimisation, cryptographie et cybersécurité, science des matériaux, IA, etc.). Contrairement au paradigme classique reposant sur des bits booléens, les qubits permettent un parallélisme computationnel inédit. La France, consciente de cet enjeu stratégique, développe activement des infrastructures quantiques compétitives à l’échelle internationale.

Le calcul sur ADN (ou biocomputing) repose sur l'utilisation de molécules d'ADN synthétiques comme support de stockage et de traitement de l'information. Contrairement aux systèmes électroniques classiques, cette approche encode les données dans des séquences de nucléotides (A, T, C, G), manipulées via des réactions biochimiques : hybridation (assemblage de séquences complémentaires), amplification par Polymerase Chain Reaction (PCR, multiplication de l’ADN) et action enzymatique (modification de l’ADN). Les opérations logiques sont réalisées en exploitant les propriétés de complémentarité et d'auto-assemblage des brins d'ADN, tandis que la lecture des résultats s'effectue par séquençage. Les avantages sont majeurs : une densité de stockage inégalée (jusqu'à 10²⁰ octets par gramme d'ADN), un parallélisme massif intrinsèque (billions d'opérations simultanées) et une efficacité énergétique exceptionnelle (consommation quasi-nulle et absence de dissipation thermique). Cependant, des défis persistent, notamment la latence des opérations biochimiques, les coûts de synthèse et les erreurs de manipulation. Bien qu'encore expérimentale, cette technologie suscite un intérêt croissant, avec des applications potentielles en archivage de données, cryptographie biomoléculaire et résolution de problèmes NP-complets. Son développement pourrait à terme compléter l'informatique traditionnelle pour des tâches spécifiques, ouvrant la voie à une nouvelle ère de calcul bio-inspiré.

Le calcul neuromorphique représente une rupture technologique majeure en s'inspirant directement de l'architecture et du fonctionnement des réseaux neuronaux biologiques. À la différence des ordinateurs conventionnels basés sur l'architecture von Neumann, où la séparation entre unité de calcul et mémoire engendre des transferts de données énergivores, ces systèmes innovants intègrent traitement et stockage de l'information au sein d'une même structure, sur le modèle des neurones et synapses biologiques. Cette approche permet non seulement un traitement massivement parallèle des données similaire aux GPU, mais offre surtout des gains significatifs en efficacité énergétique et en latence, tout en permettant une adaptation continue grâce à des réseaux de neurones matériels. Particulièrement adapté aux tâches de perception (vision, reconnaissance vocale) et d'intelligence artificielle nécessitant une réponse rapide, ce paradigme ouvre des perspectives prometteuses pour la robotique, l'IoT et les systèmes autonomes. Bien que confronté à des défis comme une programmation non conventionnelle et une précision computationnelle parfois limitée, le calcul neuromorphique, par son approche bio-inspirée, pourrait bien redéfinir le paysage de l'informatique cognitive et embarquée dans les années à venir.

Le calcul

• Anne Benoit s’attaque aux algorithmes au cœur de la performance des plateformes de calcul modernes
• Comment calculer le prix du calcul
• « Il s’agira probablement du plus grand supercalculateur dédié à l’IA en France »
• PEPR NumPEx : calcul haute-performance et souveraineté européenne
• Médaille de bronze : Théo Mary récompensé pour ses approximations
• La rigueur au service de l’aérospatial : Mioara Joldes obtient la médaille de bronze du CNRS

Le calcul frugal

• Le supercalculateur Jean-Zay recycle sa chaleur
• Anne-Cécile Orgerie, la médaille de bronze du CNRS pour ses travaux prometteurs visant des centres de calcul moins énergivores
• Les défis d’une IA frugale

Le calcul quantique

• Pascale Senellart, au cœur de la révolution quantique
• Une informatique à réinventer pour le calcul quantique
• Algorithmes quantiques : quand la physique quantique défie la thèse de Church-Turing
• HPCQS - Vers un supercalculateur quantique fédéré en Europe
• Eleni Diamanti, récompensée par la médaille d'argent pour ses recherches sur les communications quantiques

Le calcul moléculaire

• Compression de données et ADN : la médaille de l’innovation pour Marc Antonini
• Lancement d’un programme et équipement prioritaire de recherche exploratoire pour le stockage de données sous forme d’ADN
• PEARCODE : Grand Prix du concours i-Lab 2023
• Melpomeni Dimopoulou primée pour ses travaux sur le stockage de données sur ADN synthétique

Le calcul neuromorphique

• L’informatique neuromorphique en quête d’un calcul plus efficace en ressources
• Le GDR BioComp, un réseau thématique sur le calcul bio-inspiré

Le groupe de travail "Stockage de données numériques sur ADN synthétique" du GDR IASIS vise à fédérer les recherches en traitement du signal appliqué au stockage de données dans l’ADN, une thématique émergente à l’intersection de plusieurs disciplines. L’objectif est double : initier la communauté signal à ce domaine encore peu exploré, et identifier des problématiques spécifiques – codage source/canal, théorie de l'information, apprentissage automatique – en lien avec les activités du GDR.2025 est ainsi consacrée à des sessions de formation, suivies d’un travail collaboratif sur 2 à 3 questions clés identifiées collectivement pour guider les recherches de la seconde année.

Prochaines sessions : 

• 23 septembre 2025 - Le codage source, par Marc Antonini
• 23 octobre 2025 - Théorie de l'information, par Serge Kas Hanna

Pour en savoir plus

Organisé par le groupe Calcul, cette journée avait pour objectif de s'interroger sur l'utilisation de l'électricité des infrastructures de calcul ainsi que de l'emploi de ces infrastructures par les scientifiques.

Pour en savoir plus

International Conférence On Quantum Computing (ICoQC2025) présente les progrès significatifs et les nouveautés de la recherche sur l'informatique quantique sous différents angles : matériel, stratégies et architectures pour la protection des informations quantiques, algorithmes quantiques eux-mêmes et technologies connexes.

Pour en savoir plus

Cette journée est l’occasion de faire un point sur le contexte global du domaine du calcul et ses impacts sur l'environnement. Elle permettra d'aborder comment le HPC peut-il servir à mieux comprendre l’environnement, et donc à apporter - au moins partiellement - des solutions à la crise et de discuter de solutions pour estimer et réduire les impacts négatifs (au niveau matériel et logiciel/algorithmique). La journée se clôturera par une table ronde dédié à une question centrale : pourquoi ne peut-il y avoir de gains énergétiques sans une réelle prise en compte les usages et utilisateurs ?

Pour en savoir plus

Le mercredi 8 octobre 2025 de 9h00 à 18h30 au siège du CNRS, se tiendra la conférence « Les nouveaux paradigmes de calcul » organisée par CNRS Sciences informatiques. Cette journée sera l’occasion d’échanger et de partager des connaissances sur quatre nouveaux paradigmes de calcul qui redéfinissent les contours de l'informatique contemporaine : le calcul frugal, le calcul quantique, le calcul moléculaire et le calcul neuromorphique.

En savoir plus

Cette formation est organisée par le Groupe de Travail "Stockage de données numériques sur ADN synthétique" du GdR IASIS.

L’ADN offre un support remarquable pour le stockage de données numériques, mais les processus de synthèse, de stockage et de séquençage introduisent des formes de bruit et d’aléa différentes de celles rencontrées dans les systèmes de communication classiques. Une question naturelle se pose : quelle quantité d’information peut-on stocker et récupérer de manière fiable dans l’ADN ?  La réponse s’appuie sur les outils de la théorie de l’information. Cette présentation commencera par une introduction au concept de canal ADN et à la caractérisation de ses multiples sources d’aléa. Nous passerons ensuite en revue les notions fondamentales de la théorie de l’information, telles que l’entropie, l’information mutuelle et la capacité de canal. Sur ces bases, nous aborderons le canal de permutation bruité, qui modélise la récupération désordonnée et bruitée des brins d’ADN, ainsi que d’autres modèles tenant compte des lectures multiples et des erreurs biochimiques. 

Cette formation aura lieu le 23 octobre 2025 à 14h, en visioconférence : https://univ-rennes1-fr.zoom.us/j/67147483295

Ce colloque sera l'occasion de faire le point sur les avancées récentes en technologies quantiques, autour des axes du GdR TeQ : aspects fondamentaux, communications, détection et métrologie, simulation, calcul quantique et ingénierie transverse. Au programme : des tutoriels d’experts, des conférences invitées et deux sessions de posters, dont certaines contributions seront sélectionnées pour des présentations orales.

Pour en savoir plus

Join us for the MoleculArXiv Autumn School on DNA Data Storage, a multi-day event organized at the Institut d'Études Scientifiques de Cargèse (IESC), Corsica, France, bringing together leading experts from academia and industry to explore this rapidly evolving field. This Autumn School is organized in the context of the PEPR MoleculArXiv project, a collaborative research initiative focused on molecular data storage and retrieval, and offers a unique opportunity to gain in-depth experience on the current state-of-the-art of DNA-based data storage.

Pour en savoir plus

L'apprentissage automatique est un des domaines les plus consommateurs d'électricité avec un développement en forte croissance, ce qui a un fort impact négatif sur la crise climatique. A partir de ce constat alarmant, « quelle position doit on adopter lorsque l'on travaille dans ce secteur ? » 

En savoir plus