Le pouvoir de Fortran: La langue de programmation informatique qui révolutionne le calcul scientifique et numérique

Fortran est un langage de programmation informatique qui a été développé il y a plus de 70 ans par John Backus chez IBM. Depuis lors, Fortran s’est imposé comme le standard des langues de programmation pour les applications scientifiques et numériques. Aujourd’hui, la dernière version du langage, Fortran 2018, offre aux développeurs une vaste bibliothèque d’instructions qui peut être utilisée pour créer rapidement des programmes complexes tout en maximisant la performance sur n’importe quel type de machine. Dans cet article, explorez le pouvoir de Fortran et découvrez comment ce langage versatile peut révolutionner votre code à travers Python et d’autres technologies modernes.

Les différentes versions ont apporté diverses modifications pour améliorer le langage de programmation, notamment en termes d’extensions qui permettent à Fortran de prendre en charge les dernières technologies disponibles, y compris les systèmes multiprocesseur et les GPU. Toutefois, chaque nouvelle version est associée à des avantages et des inconvénients, car certaines anciennes fonctionnalités peuvent être mises à jour ou complètement supprimées.

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La création de Fortran par John Backus chez IBM dans les années 1950

Fortran a été développé par John Backus à IBM dans les années 1950 complètement par des instructions codées sur papier. Il a pris quatre ans pour le développer et le premier programme conçu pour tester la langue a pris neuf mois à être exécuté sur une machine.

Après cela, il est rapidement devenu populaire pour son utilisation dans le calcul scientifique et numérique.

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Les différentes versions et normes de Fortran (Fortran 66, 77, 90, 95, 2003, 2008, 2018)

Au cours des années 1960 et 1970, plusieurs versions majeures ont été publiées : Fortran 66 (1966), Fortran 77 (1977), Fortran 90 (1991), Fortran 95 (1995), etc. En 2003, une norme ISO-IEC 1539:2003 a été publiée pour faciliter sa maintenance et garantir un haut niveau de compatibilité entre les différents compilateurs proposant la même version de Fortran.

En 2018, une nouvelle version appelée Fortran 2018 a été publiée avec des extensions pour prendre en charge les technologies multicœur / SIMD récentes, etc. Cette nouvelle version offre aux développeurs une meilleure performance pour le calcul numérique et scientifique en raison de son support natif pour l’exercice intensif des ressources.

Les avantages et les inconvénients de chaque version

Chaque nouvelle version de Fortran apporte des changements importants qui permettent d’ajouter ou d’amender certaines fonctionnalités du langage tout en conservant sa forme et sa structure. Cependant, les nouvelles versions peuvent aussi supprimer certaines fonctionnalités des anciennes versions, et le code source écrit à l’aide d’une ancienne version peut ne pas être compatible ou même exécutable sur une plus récente.

De plus, certains programmes existants écrits dans une ancienne version peuvent être difficiles à maintenir et à tester à cause de ces changements.

Les extensions de Fortran pour supporter les dernières technologies

Fortran 2018 prend en charge diverses extensions qui permettent aux développeurs d’utiliser pleinement les capacités de calcul offertes par les systèmes multi-processeur et les GPU modernes. Les architectures HPC (Haute Performance Computing) sont complétées par des améliorations telles que la gestion de la mémoire globale, le support pour des conteneurs avancés comme OpenACC, CUDA Fortran et OpenMP 4.

Utilisation de Fortran dans le calcul scientifique et numérique

Les domaines scientifiques où Fortran est largement utilisé

Fortran est largement utilisé pour le calcul scientifique, le développement d’applications basées sur la physique, moderne astrophysique, chimie atomique, traitement du signal numérique, prévision météorologique et biologie moléculaire. Il continue encore d’être utilisé dans des programmes scientifiques logicielstels que MATLAB, Simulink et Maple.

Les bibliothèques et les programmes écrits en Fortran utilisés dans ces domaines

Des bibliothèques spécialisées comme BLAS (Basic Linear Algebra Subprograms) sont également utilisées pour améliorer les performances en matière de calcul matriciel dense et creux, alors que LAPACK (Linear Algebra Package) fournit des routines optimisées pour effectuer des opérations matricielles complexes telles que l’inversion de matrice, la factorisation LU et la résolution des systèmes linéaires.

De nombreux programmes scientifiques importants sont également codés en Fortran, notamment NASTRAN (NASA Structural Analysis System) pour la modélisation physique des structures aviation ; FLUENT pour l’analyse CFD (computational fluid dynamics) ; COSMOSWorks pour l’analyse de structures multicouches ; et LS-DYNA pour la simulation à grande échelle.

Les avantages de l’utilisation de Fortran pour le calcul scientifique et numérique

Fortran est un langage performant qui permet aux développeurs d’obtenir des résultats rapides et précis pour le calcul scientifique et numérique. Sa grande portabilité permet aux programmes écrits dans Fortran de fonctionner sur plusieurs systèmes, ce qui est très important pour les applications complexes telles que la simulation météorologique.

Comparaison avec d’autres langages de programmation pour le calcul scientifique (Python, Matlab)

Les langages Python et MATLAB sont utilisés pour le calcul scientifique et numérique. Ces langages offrent un environnement interactif avec des outils intuitifs et une syntaxe simple qui facilitent l’apprentissage et la programmation.

Malgré cela, Fortran reste à ce jour le seul langage offrant une performance optimale pour le calcul scientifique et numérique intensif. De plus, les compilateurs modernes permettent d’optimiser pleinement le code source et de tirer parti de l’architecture du processeur.

Développement en Fortran

Comment écrire du code en Fortran

Fortran utilise une syntaxe déclarative qui facilite l’expression des algorithmes mathématiques complexes. Les instructions sont organisées en blocs logiques, chaque instruction étant suivie par un point-virgule sauf si elle est suivie d’une autre instruction sur la même ligne.

Certaines instructions obligatoires doivent être incluses au début du programme comme « program » ou « end program ».

Les outils de développement pour Fortran

Il existe divers outils disponibles pour aider les développeurs à écrire du code efficace en Fortran, notamment des compilateurs tels que Intel® Compiler, GNU Compiler Collection (GCC), Cray Fortran Compiler ou Portland Group Compiler ; des IDEs (environnements de développement intégrés) tels que Visual Studio Code ou Eclipse ; et des EDI (extensions de données internes) tels que DataExplorer ProX.

Les bonnes pratiques pour le développement en Fortran

Pour obtenir des performances optimales avec un code source correctement optimisé, il est important que les développeurs adoptent certaines bonnes pratiques telles que la gestion appropriée de la mémoire, l’utilisation appropriée des variables et des structures de contrôle ou la minimisation du nombre d’instructions exécutées entre différents appels de routines.

Les perspectives pour l’avenir de Fortran dans le contexte du développement informatique

Fortran demeure toujours pertinent pour le secteur technologique car il offre aux développeurs de nombreuses fonctionnalités et une performance optimale pour le calcul scientifique et numérique. Il sera probablement intégré à d’autres langages tels que Python, C ++ ou Java pour apporter plus de flexibilité et de fonctionnalités aux applications modernes.