Được đưa vào sử dụng từ những năm 90, các “cụ” siêu máy tính gần 30 tuổi vẫn đang chạy “phà phà” và đóng vai trò quan trọng tại nhiều quốc gia

Phạm Hải

Có thể nói rằng việc phát triển các siêu máy tính là một cuộc “chạy đua vũ trang” lớn của thế giới trong thập niên 90, khi Mỹ, Trung Quốc và các quốc gia khác đều cạnh tranh gay gắt với nhau trong việc tạo chiếc máy tính nhanh nhất. Và bây giờ, sau nhiều năm trôi qua, cùng với sự phát triển đáng kinh ngạc của thế giới công nghệ thông tin, cuộc đua về phát triển siêu máy tính cũng dần hạ nhiệt, tuy nhiên, những chiếc máy tính “quái vật” này vẫn chứng tỏ được tầm quan trọng của mình khi được sử dụng để giải quyết nhiều vấn đề trên thế giới.

Quốc gia nào sở hữu nhiều siêu máy tính mạnh mẽ nhất hiện nay?

Khi định luật Moore (được xây dựng bởi Gordon Moore - một trong những sáng lập viên của tập đoàn sản xuất chip máy tính nổi tiếng Intel: Số lượng transistor trên mỗi đơn vị inch vuông sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi năm) đẩy sự phát triển về phần cứng máy tính của nhân loại đi xa hơn một chút, sự phức tạp của các vấn đề cần được giải quyết cũng tăng lên. Mặc dù các siêu máy tính thời “nguyên thủy” thường khá nhỏ, nhưng dần dần cho đến ngày nay chúng có thể chiếm đến toàn bộ một nhà kho, là một tổ hợp nhiều máy tính được kết nối với nhau.

Lý do nào khiến các thiết bị này trở thành siêu máy tính?

Khi nhắc đến thuật ngữ siêu máy tính, chúng ta có thể nghĩ ngay đến một một tổ hợp máy tính khổng lồ, được cấu thành từ nhiều máy tính nhỏ và cho khả năng xử lý cũng như tính toán mạnh hơn gấp rất nhiều lần so với các thiết bị máy tính xách tay hay máy tính để bàn dù là “pro” nhất của bạn.

Như đã nói, các siêu máy tính được tạo thành từ hàng ngàn máy tính nhỏ hơn, tất cả được kết nối với nhau để cùng thực hiện một nhiệm vụ. Mỗi lõi CPU trong trung tâm dữ liệu này có thể chạy chậm hơn máy tính để bàn của bạn, tuy nhiên, sự kết hợp của tất cả các lõi làm cho khả năng xử lý của siêu máy tính trở nên hiệu quả hơn gấp bội. Có rất nhiều thiết bị mạng và phần cứng đặc biệt liên quan đến các hệ thống máy tính quy mô lớn này, và việc thiết lập không đơn giản chỉ là đặt từng máy tính cấu thành lên giá đỡ và cắm chúng vào hệ thống mạng, nhưng ở đây chúng ta sẽ không bàn nhiều về vấn đề kết nối trong các siêu máy tính.

Trong một siêu máy tính, không phải mọi tác vụ đều có thể được thực hiện song song một cách dễ dàng, do đó, bạn đừng hy vọng về một kịch bản thú vị như sử dụng siêu máy tính để chạy các trò chơi đình đám hiện nay với tốc độ một triệu khung hình mỗi giây. Tính toán song song thường chỉ thực sự phát huy tác dụng trong việc tăng tốc độ xử lý theo định hướng tính toán.

Sức mạnh và hiệu suất của các siêu máy tính được đo bằng FLOPS, hay còn gọi là Floating Point Operations Per Second, về cơ bản đây chính là thước đo cho tốc độ thực hiện các phép tính của một siêu máy tính. 1 tflops, hay 1 teraflops (one trillion flops) là một nghìn tỷ phép tính trong một giây, thường dùng để đo sức mạnh (performance) một hệ thống siêu máy tính song song. Siêu máy tính nhanh nhất hiện nay chính là con “quái vật” mang tên Summit của hãng IBM, nó có thể đạt tới hơn 200 PetaFLOPS, tức là nhanh hơn một triệu lần so với hầu hết mọi hệ thống máy tính thương mại được sử dụng phổ biến trên thế giới hiện nay.

Đây là Trung tâm dữ liệu đẹp nhất thế giới, và nó được đặt trong nhà thờ Chúa

Vậy các siêu máy tính được dùng để làm gì?

Trong thực tế, sức mạnh của các siêu máy tính sẽ được tận dụng chủ yếu trong nghiên cứu khoa học, đặc biệt là trong các lĩnh vực như y tế và thiên văn học. Người ta đã sử dụng siêu máy tính trong lĩnh vực y tế để chạy các mô phỏng gấp protein cho nghiên cứu ung thư, trong vật lý để chạy mô phỏng cho các dự án kỹ thuật lớn và tính toán lý thuyết, và thậm chí trong cả lĩnh vực tài chính để theo dõi các biến động trên thị trường chứng khoán nhằm giành lợi thế trước những nhà đầu tư khác.

Tuy nhiên, ứng dụng gần gũi nhất của các siêu máy tính trong đời sống thường ngày của con người chính là trong dự báo thời tiết. Chúng ta có thói quen bật TV xem dự báo thời tiết sau mỗi chương trình thời sự, xem ngày mai mưa lúc nào, ngày kia nắng ra sao và nghĩ rằng đây là một công việc đơn giản. Thế nhưng trong thực tế, để tính toán và tổng hợp các thông tin về khí tượng và đưa ra các cảnh báo, dự báo về thời tiết đòi hỏi các nhà khí tượng phải xử lý hàng tỷ phép tính. Đó là một nhiệm vụ không tưởng đối với con người và chúng ta buộc phải nhờ đến sự trợ giúp của những thiết bị có thể xử lý hàng triệu tỉ phép tính mỗi giây kia. Các siêu máy tính khổng lồ ngày nay hoàn toàn có thể thực hiện các phép tính và đưa ra dự báo về thời tiết với độ chính xác rất cao.

Có một giả thuyết cho rằng để chạy mô hình hóa dự báo thời tiết đầy đủ cho tất cả các khu vực trên địa cầu, chúng ta sẽ phải cần đến một siêu máy tính có tốc độ được đo bằng ZettaFLOPS, tức là nhanh hơn khoảng 5000 lần so với con quái vật của IBM phía trên. Theo dự báo, đến năm 2030, một siêu máy tính như vậy sẽ được hoàn tất và đưa vào sử dụng, tuy nhiên, các vấn đề chính hiện cản trở tham vọng này không phải là phần cứng, mà nằm ở nguồn chi phí khổng lồ.

Về tổng thể, chi phí đầu tư cho một hệ thống siêu máy tính từ bước nghiên cứu, phát triển cho đến phần cứng và lắp ráp là rất lớn. Nhưng lợi ích mang lại là hoàn toàn tương xứng. Ngoài ra cũng cần phải kể đến chi phí duy trì hoạt động của thiết bị này. Nhiều siêu máy tính có thể tiêu tốn đến hàng triệu đô la mỗi năm chỉ để duy trì hoạt động. Vì vậy, về mặt lý thuyết, không có giới hạn về việc cần xây bao nhiêu tòa nhà để chứa đầy các máy tính mà có thể kết nối chúng lại với nhau thành một siêu máy tính khổng lồ, chúng ta chỉ đơn giản là xây dựng các siêu máy tính đủ lớn để giải quyết các vấn đề của hiện tại hay khả quan hơn là trong tương lai gần mà thôi.

Siêu máy tính mạnh nhất hiện nay, có 1 triệu lõi xử lý, bằng 1% sức mạnh não người

Liệu chúng ta có thể sở hữu một siêu máy tính “quy mô hộ gia đình” trong tương lai?

Không biết điều này có đáng tự hào hay không nhưng hầu hết các máy tính để bàn hiện nay đều có thể cạnh tranh với sức mạnh của các siêu máy tính “cổ lỗ sĩ”, thậm chí ngay cả các mẫu điện thoại thông minh tầm trung hiện nay cũng có hiệu năng cao hơn so với các máy Cray-1 khét tiếng một thời. Vì vậy, rất dễ dàng để so sánh với quá khứ và đưa ra giả thuyết về tương lai. Tuy nhiên, điều này phần lớn là do tốc độ của CPU về trung bình đã trở nên nhanh hơn rất nhiều trong những năm qua. Tốc của CPU hiện tại vẫn được cải thiện qua từng năm, nhưng không còn được rõ rệt như trước nữa.

Rốt cuộc, bạn cũng chẳng cần đến một siêu máy tính chỉ để lướt web hay cày dăm ba trò chơi đơn giản. Sức mạnh xử lý của các sản phẩm phần cứng thương mại cao cấp ngày nay cũng đã thừa sức vượt xa những nhu cầu sử dụng thông thường và thường được thiết kế dành riêng cho từng công việc cụ thể như thiết kế 3D, biên dịch mã hay chơi game chuyên nghiệp.

So sánh điện thoại thông minh và máy tính để bàn: Tại sao điện thoại lại chậm hơn máy tính?

Tóm lại, siêu máy tính là một thứ gì đó nghe có vẻ hay ho, nhưng trên thực tế bạn sẽ không cần dùng đến nó cho các tác vụ hàng ngày. Những thứ bạn nên quan tâm ở thời điểm hiện tại chính là tính di động của máy tính mà vẫn đảm bảo hiệu năng đủ mạnh. Khi điện thoại thông minh và máy tính bảng dần tiếp cận được đến giới hạn sức mạnh của máy tính để bàn, bạn sẽ nhận ra rằng sự tiện lợi mới là yếu tố cần thiết. Còn về phần những mẫu siêu máy tính, chúng vẫn là những thiết bị không thể thiếu cho sự phát triển của nhân loại.

Xem thêm:

Thứ Ba, 22/01/2019 15:00

5 ★ 1 👨 519