Hai quốc gia này đang ganh đua tạo ra “máy tính Exascale” – siêu máy tính với tốc độ một Exaflop (đơn vị: tỷ tỷ phép mỗi giây), là một công cụ có thể tạo ra sự đột phá trong nhiều lĩnh vực khoa học.

Tháng trước, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã giới thiệu “Summit”- siêu máy tính nhanh nhất thế giới. Giờ đây, cuộc đua tới thành tựu tiếp theo trong khả năng xử lý đã bắt đầu: tính toán Exascale.

Siêu máy tính này sẽ được chế tạo trong một vài năm tới với khả năng thực hiện tỷ tỷ phép tính mỗi giây, nhanh gấp năm lần Summit. Hãy thử tưởng tượng về việc mỗi người trên Trái Đất thực hiện một phép tính mỗi giây/mỗi ngày trong vòng bốn năm lại là điều mà siêu máy tính Exascale có thể thực hiện trong chớp mắt.

Hình 1: Top 500

Nguồn: MIT Technology Review

Tốc độ xử lý này sẽ giúp cho các nhà nghiên cứu chạy số lượng lớn mô phỏng phức tạp trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ biến đổi khí hậu đến bộ gen, năng lượng tái tạo hay trí thông minh nhân tạo.

Theo Jack Donagarra – chuyên gia siêu máy tính của Đại học Tennessee: “Máy tính Exascale là công cụ xử lý đột phá tương tự như máy gia tốc hạt hay kính thiên văn khổng lồ”.

Cỗ máy này có thể rất hữu dụng trong ngành công nghiệp với khả năng tăng tốc độ thiết kế và xác định nguyên liệu mới. Quân đội và các cơ quan tình báo có thể sử dụng nó trong vấn đề an ninh quốc gia.

Cuộc đua tới siêu máy tính Exascale đang diễn ra giữa hai nước đi đầu về kỹ thuật: Trung Quốc và Hoa Kì (Nhật Bản và châu Âu hiện đang nghiên cứu máy tính riêng, Nhật Bản kỳ vọng sẽ có thể đưa cỗ máy này đi vào hoạt động năm 2021 và châu Âu là năm 2023).

Trong năm 2015, Trung Quốc công bố dự định sản xuất máy tính Exascale vào cuối năm 2020, tuy nhiên một vài báo cáo trong những năm gần đây cho thấy công trình đầy tham vọng này đã và đang được xúc tiến. Nhưng trong một cuộc phỏng vấn tại MIT Technology Review, Depei Qian – Giáo sư Đại học Beihang (Bắc Kinh), một trong những thành viên tham gia dự án này – cho biết: “Tôi không biết chúng tôi có thể hoàn thiện nó vào cuối năm 2020 được hay không, có thể thời gian hoàn thành sẽ chậm hơn dự kiến”.

Nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc đã và đang thực hiện ba nguyên mẫu của máy tính Exascale, hai trong số đó sử dụng chip của Trung Quốc thu được từ những siêu máy tính trước đó của nước này, mẫu thử thứ ba sử dụng vi xử lý công nghệ được cung cấp. Theo GS. Qian, họ đang đề nghị đẩy lùi thời gian hoàn thiện.

Vấn đề về thời gian dự kiến rất dễ phát sinh trong các công trình chế tạo siêu máy tính, tạo ra cơ hội cho Mỹ trong cuộc đua này. Mục đích ban đầu của Trung Quốc đã buộc Chính phủ Mỹ phải tăng tốc và dự kiến hoàn thành vào năm 2021, sớm hơn dự dịnh ban đầu hai năm. Một cỗ máy của Mỹ là “Aurora” đang được phát triển cho Viện Nghiên cứu Quốc gia Argonne tại Illinois của Bộ Năng lượng Hoa Kì. Công ty siêu máy tính Cray đang xây dựng hệ thống cho Argonne và Intel để chế tạo chip cho siêu máy tính Exascale.

Để tăng hiệu quả của siêu máy tính, các kỹ sư nghiên cứu hệ thống Exascale trên khắp thế giới đang sử dụng tính song song bằng cách thiếp lập hệ thống hàng ngàn chip vào hàng triệu đơn vị xử lý khác tạo nên lõi. Để đưa ra được phương án tốt nhất cho phương pháp này, sẽ cần rất nhiều cuộc thử nghiệm tốn thời gian.

Di chuyển dữ liệu giữa các bộ xử lý, ra và vào kho dữ liệu cũng đòi hỏi rất nhiều năng lượng, vậy nên chi phí để giữ cho cỗ máy hoạt động có thể đắt hơn cả chi phí tạo nên nó. Bộ Năng lượng Hoa Kì đã đặt giới hạn 40 megawatts cho một máy tính Exascale, tương đương với chi phí 40 triệu đô/năm chỉ dành cho điện.

Theo Steve Scott – Giám đốc Công nghệ tại Cray, để giảm độ tiêu thụ điện, các kỹ sư đang lắp đặt các chip bộ nhớ nhiều ngăn sát nhau nhất có thể, giúp làm giảm khoảng cách giữa các vi xử lý. Họ đang sử dụng bộ nhớ ngoài – tiêu thụ ít năng lượng hơn hệ thống lưu trữ dữ liệu trong phần cứng. Giảm tiêu thụ năng lượng đồng nghĩa với giảm chi phí để lưu trữ dữ liệu với mỗi phép tính, và dữ liệu lưu trữ có thể giúp máy tính Exascale hồi phục nhanh hơn nếu có lỗi xảy ra.

Công nghệ này đã giúp cho nhóm nghiên cứu Aurora. “Chúng tôi tự tin vào khả năng hoàn thiện nó trong năm 2021”, Scott bổ sung.

Nhiều máy tính của Mỹ sẽ đi theo cách này. Trong tháng 4, Bộ Năng lượng Hoa Kì tuyên bố ngân sách 1,8 tỉ đô la cho hai máy tính Exascale đi vào hoạt động năm 2021 và 2023. Dự kiến từ 400 triệu đô la đến 600 triệu đô la cho mỗi chiếc, số tiền còn lại được dùng để nâng cấp Aurora và tạo ra những cỗ máy tiếp theo.

Cả Trung Quốc và Mỹ đều đang đầu tư vào phần mềm cho máy tính Exascale. Trung Quốc có nhóm nghiên cứu 15 lĩnh vực ứng dụng và Mỹ là 25 lĩnh vực, bao gồm vật lý thiên văn và kỹ thuật vật liệu. “Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra nhiều đột phá nhất có thể”, Katherine Yelick – Thư kí Giám đốc tại bộ phận Khoa học máy tính, Viện Nghiên cứu Quốc gia Lawrence Berkeley – cho biết.

Không khó để thấy được rất nhiều sự tự hào dân tộc được đặt vào trong cuộc đua công nghệ này. Công trình Yelick và các nghiên cứu khác là lời nhắc nhở rằng một cỗ máy tính Exascale không phải là thước đo lường sự thành công ở đây. Điều quan trọng là nó sẽ giúp ích thế nào trong việc giải quyết các vấn đề toàn cầu khác.

Sơn Phạm

Lược dịch theo Martin Giles, MIT Technology Review