Việt Nam đã có siêu máy tính tự chế!

Trong số các siêu máy tính tự chế đăng ký trên trang web http:// www.rocksclusters.org/rocks-register/, siêu máy tính TSP của Phân viện Vật lý TP Hồ Chí Minh đã được đăng ký vào ngày 16-5-2005, được xếp ở vị trí thứ 543 với tốc độ 18 tỷ phép tính/giây.

Đây là trang web mà mọi người có thể đăng ký các siêu máy tính tự chế của mình. Họ có thể hòa vào mạng lưới rộng lớn của một tập hợp siêu máy tính gồm 29004 máy (tính đến nay) nhằm chia sẻ khả năng tính toán rộng lớn của nó. Mặc dù không phải là những chuyên gia trong lĩnh vực máy tính, thế nhưng các nhà vật lý lý thuyết thuộc Phân viện Vật lý TP Hồ Chí Minh, đã tự chế tạo một siêu máy tính "mini" phục vụ cho công việc nghiên cứu của mình bằng cách ghép các máy tính rẻ tiền với nhau.

Siêu máy tính Việt Nam giá 30 triệu đồng

“Trong nghiên cứu về chất rắn, đặc biệt là để tìm kiếm những hạt cơ bản nhỏ hơn nữa, nhu cầu tính toán ngày càng cao, một máy tính cá nhân là không đủ,” TS. Huỳnh Thanh Đức, tác giả của hệ thống siêu máy tính tự chế cho biết. Anh hiện đang công tác tại phòng Vật lý lý thuyết, thuộc Phân viện Vật lý TP Hồ Chí Minh.

“Khi bắt tay vào nghiên cứu lý thuyết chất rắn, chúng tôi thường xuyên phải đối mặt với những bài toán phức tạp như các hệ phương trình vi, tích phân, đạo hàm riêng, nhất là các bài toán có chứa các tích nhiều lớp. Nếu đưa các bài toán đó vào giải quyết trên máy tính thông thường mà mọi người vẫn đang sử dụng, để ra được một đáp số thôi có khi phải mất cả tuần hay hàng tháng trời!". Không chỉ có vậy... Trong quá trình giải các bài toán khoa học phục vụ cho việc nghiên cứu, nếu phát hiện kết quả không giống như thực nghiệm, các nhà khoa học lại phải mất chừng ấy thời gian hay có thể lâu hơn, để dò tìm lỗi. Rồi lại phải chờ chừng ấy thời gian cho máy tính toán lại.”

Trước tình hình đó, để giảm thời gian tính toán, các nhà khoa học cần có một siêu máy tính hay một máy tính song song. Nhu cầu là có thật, nhưng một siêu máy tính thương mại như siêu máy tính Cray nổi tiếng do hãng IBM chế tạo với tốc độ tính toán vài trăm ngàn tỷ phép tính/giây (thử so sánh với máy tính mà mọi người thường sử dụng, tốc độ tính toán chỉ khoảng 2 tỷ phép tính/giây) lại có giá tới hàng chục triệu USD. Trong khi đó, kinh phí dành cho Phòng Vật lý lý thuyết - Phân viện Vật lý TP Hồ Chí Minh nhiều lắm cũng chỉ... 150 triệu đồng - theo tiết lộ của TS. Trần Hoàng Hải, Phân viện trưởng Phân viện Vật lý TP Hồ Chí Minh

Điều may mắn, sau hai năm làm việc tại Đức, TS. Huỳnh Thanh Đức đã học được cách lắp ráp, thực hiện một siêu máy tính tự chế. "Chúng tôi cũng muốn tự xây dựng cho mình một "siêu máy tính" mini cho riêng mình bằng cách kết nối các PC rẻ tiền có mặt trên thị trường và viết phần mềm giúp các máy tính thường này có thể giải quyết được các công việc phi thường," TS Huỳnh Thanh Đức kể.

Anh đã sử dụng các PC, với bộ vi xử lý ADM Sempron rẻ tiền và các phần mềm mã nguồn mở sẵn có trên internet để xây dựng được một hệ "Beowulf cluster" (tên gọi để chỉ siêu máy tính tự chế) cho Phòng Vật lý lý thuyết.

“Hiện tại siêu máy tính của chúng tôi gồm 5 PC với tổng chi phí trên dưới 30 triệu đồng, với hiệu suất cực đại của siêu máy tính này là 18 tỷ phép tính trong một giây,” TS. Huỳnh Thanh Đức tỏ ra tự hào về chiếc siêu máy tính tự chế của mình.

Nhưng không phải không có trục trặc... Chiếc siêu máy tính của Phòng Vật lý lý thuyết đã phải hai lần thay bộ kết nối "switch" nối các máy tính me-con với nhau. Nguyên nhân là do... thiếu kinh phí nên Phòng chỉ đủ tiền mua một bộ kết nối "switch" rẻ tiền, giá khoảng 300.000 đồng, thay vì một bộ "switch" xịn, giá khoảng 2,5 triệu đồng.

Sẵn sàng chia sẻ kinh nghiệm lắp ráp siêu máy tính

Khác với máy tính nối mạng, sau khi lắp ráp các máy tính với nhau theo thiết kế riêng về phần cứng, các nhà khoa học còn phải viết riêng một chương trình phần mềm để máy tính trung tâm có thể phân tích bài toán cần giải quyết thành nhiều gói nhỏ và gửi đến các máy con qua mạng nội bộ LAN để xử lý đồng thời. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, các máy con gửi trả kết quả tính toán về máy trung tâm. Máy trung tâm tổng hợp kết quả và lại gửi các gói công việc kế tiếp cho các máy con. Quá trình trên được lặp lại cho đến khi bài toán được hoàn tất.

"Điều quan trọng nhất, chúng có thể liên lạc với nhau khi cần thiết để trao đổi thông tin trong phối hợp công việc và chia xẻ kết quả trung gian. Điều này khác với việc chia sẻ một tài liệu trong cùng một mạng nội bộ. 5 CPU trong siêu máy tính mini của chúng tôi cần có một bài toán trao đổi thông tin để cùng chạy và giải quyết bài toán đặt ra," TS. Huỳnh Thanh Đức nhấn mạnh.

TS. Đức giải thích, lắp ráp được phần cứng một siêu máy tính tự chế "Beowulf cluster" chỉ mới làm xong phần việc đơn giản nhất. Việc lập trình song song để hệ thống giải quyết các bài toán lớn phức tạp hơn nhiều. Mỗi công việc nghiên cứu cần giải quyết là một bài toán riêng với lập trình riêng thì siêu máy tính mới giải được.

"Để viết được các phần mềm chạy trên hệ thống này các nhà lập trình viên cần biết ngôn ngữ lập trình C hoặc Fortran, một chút về lập trình song song với thư viện MPI (Message Passing Interface), và PVM (Parallel Virtual Machines). Lúc đó siêu máy tính sẽ hoạt động tốt với hai chức năng: tính toán (computing) và giao tiếp (communicating)," TS Đức giải thích.

Anh còn cho biết thêm, ngoài giá thành thấp, một đặc điểm nổi bật khác của siêu máy tính Beowulf cluster so với các siêu máy tính thương mại cấu hình sẵn là có khả năng dễ dàng tăng hiệu suất bằng cách bổ sung thêm các PC mới để mở rộng hệ thống.

“Điều đó chứng tỏ rằng, các nhóm nghiên cứu, các trường học hoặc các doanh nghiệp nhỏ đều có thể xây dựng hoặc mua một siêu máy tính tự chế cho riêng mình. Siêu máy tính này rất có lợi thế về giá thành rẻ vớI những khả năng tính toán cấp cao,” TS. Đức khẳng định.

Tiềm năng của tính toán song song trên siêu máy tính ngày này rất lớn, như dùng để giải mã gene người tổng hợp proteine, dự báo thời tiết, quản lý tài nguyên môi trường trên phạm vi rộng ...

"Các nhóm nghiên cứu trong nước, các doanh nghiệp có nhu cầu phân tích, xử lý dữ liệu nhiều, có ý định xây dựng siêu máy tính cho riêng mình mà không biết bắt đầu như thế nào, có thể liên hệ với chúng tôi, các nhà nghiên cứu vật lý cơ bản, tại địa chỉ phòng Vật lý lý thuyết- Phân viện Vật lý TP Hồ Chí Minh hay qua trang web www.vatlyvietnam.net," TS. Đức vui vẻ nói.