Siêu máy tính là gì?
Thuật ngữ "siêu máy tính" (supercomputer) được dùng để chỉ những hệ thống máy tính khổng lồ, có sức mạnh tính toán cao gấp hàng triệu lần máy tính thông thường, có khả năng giải quyết các vấn đề khoa học phức tạp nhất thế giới. Tuy nhiên, khái niệm về nó phức tạp hơn nhiều.
Máy tính thông thường hiện nay hoạt động dựa trên nguyên lý xử lý tuần tự: Lấy thông tin (dữ liệu) bằng một quá trình gọi là đầu vào, lưu trữ và xử lý dữ liệu, sau đó tạo ra một loại đầu ra (kết quả). Nó giống một người thanh toán hàng mình mua tại cửa hàng tạp hóa: Nhân viên phải nhặt đồ từ giỏ, chạy qua máy quét mã vạch, đưa chúng cho nhân viên khác đóng gói. Nói cách khác, tốc độ mua sắm của khách hàng hoàn toàn xác định bởi người bán và điều đó cần một khoảng thời gian nhất định.
Xử lý tuần tự (ảnh trên) và xử lý song song (ảnh dưới). Ảnh: Explainthatstuff.
Siêu máy tính hoạt động theo cách hoàn toàn khác: xử lý song song các tác vụ, tức có thể làm nhiều việc cùng một thời điểm. Trở lại với ví dụ trên, mỗi món hàng sẽ được một nhân viên quét mã và thanh toán đồng thời thay vì lần lượt, sau đó cùng gom một chỗ để đóng gói cho khách. Cách làm này sẽ đẩy nhanh quá trình thanh toán, từ đó tốn ít thời gian hơn.
Tuy nhiên, việc xử lý song song khiến siêu máy tính cần tập hợp nhiều máy tính hơn, giống cửa hàng tạp hóa phải cần nhiều nhân viên kiểm hàng đồng thời. Kết quả là siêu máy tính thường là những hệ thống kết hợp của hàng trăm, thậm chí hàng nghìn máy tính, làm cho kích thước của chúng cũng rất lớn.
Đối với nhu cầu hàng ngày như lướt web, gửi email hay viết tài liệu... một máy tính thông thường có thể xử lý trong vài giây. Tuy nhiên, với tác vụ phức tạp hơn như render một video, chơi game đồ họa "nặng"... tốc độ lập tức chậm lại. Giả sử bạn là một nhà khoa học chịu trách nhiệm dự báo thời tiết, thử nghiệm một loại thuốc trị ung thư mới hoặc mô hình hóa khí hậu vào năm 2050, lúc này máy tính bình thường kể cả được trang bị cấu hình mạnh nhất thế giới cũng không thể làm gì, thay vào đó là siêu máy tính.
Lịch sử siêu máy tính
Máy tính điện lập trình được đầu tiên trong lịch sử là Colossus, vận hành ngày 1/10/1943, dùng để giải các mật mã quân đội Đức. Ba năm sau, siêu máy tính đầu tiên mới ghi nhận, đó là ENIAC (máy tính và tích hợp số điện tử) tại Đại học Pennsylvania. Cỗ máy do John Mauchly và J. Presper Eckert xây dựng, dài khoảng 25m và nặng 30 tấn.
Năm 1953, IBM phát triển máy tính lớn gọi là IBM 701 và bán khoảng 20 chiếc cho nhiều cơ quan chính phủ và quân đội. Năm 1956, IBM phát triển siêu máy tính Stretch cho Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos. Nó vẫn là máy tính nhanh nhất thế giới cho đến năm 1964.
Siêu máy tính IBM 701. Ảnh: IBM.
Mẫu CDC6600 ra mắt năm 1964, có thể dùng một bộ xử lý duy nhất để giải quyết 3 triệu phép tính mỗi giây. Nghe có vẻ ấn tượng, nhưng con số này chậm hơn hàng chục nghìn lần so với iPhone đời đầu.
Những năm 1960 - 1970 ghi nhận sự xuất hiện của hàng loạt siêu máy tính, trong đó có Hệ thống Nghiên cứu Nguyên tử Livermore (LARC), IBM 7030 Stretch và máy tính Atlas của Đại học Manchester. Chúng chủ yếu phục vụ cho nhu cầu dự báo thời tiết và nghiên cứu khí động lực học, cũng như chế tạo ô tô, máy bay và tên lửa vũ trụ.
Đến những năm 1980 - 2000, siêu máy tính dùng cho tìm xác suất, mô hình chống phóng xạ, giả lập 3D về thử hạt nhân. Giai đoạn sau đó, với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI), chúng bắt đầu được ứng dụng vào quân sự như phát triển vũ khí hạt nhân, mã hóa, phòng thủ tên lửa... Riêng 1993, Fujitsu ra Numerical Wind Tunnel nhanh nhất thế giới.
Hiện nay, Mỹ, Liên minh châu Âu, Nhật Bản và Trung Quốc đang là những nơi có hệ thống siêu máy tính hàng đầu, trong đó Mỹ và Trung Quốc đang chạy đua ngôi vị mạnh nhất. Sunway TaihuLight của Trung Quốc là siêu máy tính mạnh nhất thế giới 2016 với tốc độ 93 petaflop. Mỹ đã đòi lại vị trí này vào năm ngoái với IBM Summit có tốc độ 200 petaflop (mỗi petaflop thực hiện một nghìn tỷ phép tính mỗi giây). Tuy vậy, nếu tính top 500 siêu máy tính mạnh nhất thế giới, Trung Quốc vẫn đứng đầu với 219 hệ thống (chiếm 43,8%) trong khi Mỹ thấp hơn gần một nửa với 116 hệ thống.
Tầm quan trọng của siêu máy tính
Siêu máy tính được ứng dụng vào hầu hết lĩnh vực như mô phỏng các vụ thử tên lửa hạt nhân, dự báo thời tiết, nghiên cứu khí hậu, kiểm tra sức mạnh mã hóa của máy tính... "Trên lý thuyết, một siêu máy tính đa năng có thể được sử dụng cho tất cả mọi thứ", chuyên gia Chris Woodford của Explainthatstuff cho biết. "Siêu máy tính có thể xem là biểu tượng mới của sức mạnh công nghệ".
Theo Woodford, chính việc này đã khiến các cường quốc hàng đầu chạy đua về tốc độ của siêu máy tính. Hiện cả Mỹ và và Trung Quốc đều đang nhắm tới sản xuất các cỗ máy đạt cảnh giới "exascale", tức là có thể tính một tỷ tỷ phép tính mỗi giây. Con số này tương đương mỗi người trên Trái đất tính mỗi phép tính trong một giây, suốt cả ngày và liên tục trong 4 năm.
Siêu máy tính mạnh nhất thế giới IBM Summit. Ảnh: Prored.
John Kelly, Phó chủ tịch cấp cao về nghiên cứu và giải pháp nhận thức của IBM, cho rằng ai nắm được siêu máy tính mạnh hơn sẽ làm chủ công nghệ. "Hãy nghĩ về những gì bạn có thể làm với một hệ thống mà chỉ cần một phần tỷ giây, nó đã thực hiện một tỷ phép tính. Với nó, con người có thể mô hình hóa, mô phỏng hôm nay để dự đoán tương lai, cũng như khám phá những thứ chưa từng biết về y tế, chăm sóc sức khỏe, khoa học, vật liệu", Kelly nói.
Phía Mỹ mới đây cũng ra lệnh hạn chế xuất khẩu với năm công ty đang phát triển siêu máy tính của Trung Quốc là Sugon tại Bắc Kinh cùng ba chi nhánh và Viện công nghệ điện toán vô tích Giang Nam. Một số nhà quan sát cho rằng, điều này không chỉ thể hiện sự căng thẳng tiếp tục leo thang giữa hai cường quốc kinh tế hàng đầu thế giới trong chiến tranh thương mại, mà còn cho thấy việc chính quyền ông Trump coi trọng lĩnh vực siêu máy tính.
Bảo Lâm tổng hợp