Mỹ sở hữu 'quái vật tính toán', Trung Quốc tuyên bố sẽ có 10 chiếc tương tự trong vòng 3 năm tới: Thực sự hay chỉ là lời nói vô nghĩa?

Mỹ đã mở ra một thời đại mới về khả năng tính toán siêu nhanh cho loài người.

'VƯƠNG QUỐC' TRONG THẾ GIỚI SIÊU MÁY TÍNH

Mỹ đã thành công trong việc phát triển siêu máy tính exascale thực sự đầu tiên trên thế giới, khẳng định lời cam kết của Tổng thống Barack Obama cách đây 7 năm (rằng Mỹ sẽ chế tạo siêu máy tính cấp độ exascale trong vòng 10 năm) và mở ra một thời đại mới về khả năng tính toán siêu nhanh cho loài người.

Siêu máy tính Frontier tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) ở bang Tennessee, thuộc Bộ Năng lượng Mỹ chính thức trở thành siêu máy tính nhanh nhất thế giới, đồng thời là siêu máy tính đầu tiên trong lịch sử đạt được mức hiệu suất tính toán chưa từng có gọi là exascale - ngưỡng 1 tỷ tỷ phép tính mỗi giây [Frontier còn được gọi là siêu máy tính exascale đầu tiên trên thế giới].

Vị trí dẫn đầu mà Frontier đạt được là kết quả của cuộc bình chọn một năm hai lần do TOP500 thực hiện và đưa ra hồi cuối tháng 5/2022 sau Hội nghị Siêu máy tính Quốc tế 2022 ở Hamburg, Đức.

Trước đó, những siêu máy tính có tốc độ nhanh nhất trên thế giới vẫn đang hoạt động ở cấp độ petascale (đạt xử lý hàng triệu tỷ phép tính mỗi giây). Exascale nâng điều này lên một cấp độ hoàn toàn mới, đạt tới 1 tỷ tỷ phép tính mỗi giây.

Siêu máy tính nhanh nhất thế giới Frontier đạt hiệu suất 1,1 exaflop - mạnh đến mức nó hoạt động nhanh hơn cả 7 siêu máy tính mạnh nhất tiếp theo cộng lại; và mạnh hơn gấp 2 lần so với siêu máy tính mạnh thứ hai trên thế giới [là siêu máy tính Nhật Fugaku].

Website của Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) thông tin, siêu máy tính Frontier có hiệu suất đạt đỉnh là 2 exaflop (tương đương 2 tỷ tỷ phép tính mỗi giây), khiến nó mạnh hơn gấp 10 lần so với hệ thống siêu máy tính Summit do IBM phát triển để sử dụng tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge.

Hệ thống Frontier ra đời nhằm thúc đẩy chuyên môn sâu rộng của Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) trong lĩnh vực máy tính tăng tốc và sẽ cho phép các nhà khoa học phát triển các công nghệ cực kỳ cần thiết cho năng lượng, kinh tế và an ninh quốc gia của nước Mỹ, giúp các nhà nghiên cứu giải quyết các vấn đề có tầm quan trọng quốc gia mà chỉ 5 năm trước đây không thể giải quyết được.

'Siêu máy tính Frontier đang mở ra một kỷ nguyên mới của máy tính exascale để giải quyết những thách thức khoa học lớn nhất trên thế giới. Và cột mốc quan trọng này (xuất hiện siêu máy tính exascale đầu tiên trên thế giới) chỉ mới cung cấp một bản xem trước về khả năng vô song của Frontier như một công cụ để khám phá khoa học mà thôi. Tiềm năng của nó còn rất lớn' - Giám đốc ORNL Thomas Zacharia cho biết.

'Frontier là kết quả của hơn 1 thập kỷ hợp tác giữa các phòng thí nghiệm quốc gia, học viện và ngành công nghiệp tư nhân, bao gồm cả Dự án Điện toán Exascale của Bộ Năng lượng Mỹ - đang triển khai các ứng dụng, công nghệ phần mềm, phần cứng và tích hợp cần thiết để đảm bảo tính hữu dụng của siêu máy tính exascale' - ông nói thêm.

TRÁI TIM NĂNG LƯỢNG 'KHỦNG KHẮC' CỦA FRONTIER

Vào tháng 4/2018, Bộ Năng lượng Mỹ công bố kế hoạch mua sắm bộ ba siêu máy tính exascale với tổng chi phí lên tới 1,8 tỷ đô la Mỹ. 

4 năm sau đó, nhiều thông báo đã được đưa ra, nhiều thời hạn đã bị bỏ lỡ, và một đại dịch đã khiến thế giới rơi vào tình trạng hỗn loạn. Cuối cùng, đến năm 2022, Công ty công nghệ thông tin đa quốc gia của Mỹ Hewlett Packard Enterprise (HPE) và Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) đã thông báo rằng hệ thống siêu máy tính đầu tiên trong số ba hệ thống đó đã hoạt động: Siêu máy tính Frontier.

Hiện, cỗ máy đáng kinh ngạc này được xếp hạng là máy tính tiên tiến nhất trên hành tinh - một 'cỗ máy' trị giá 600 triệu đô la Mỹ đã sẵn sàng cho chúng ta biết nhiều điều kỳ diệu và quan trọng.

Giám đốc Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge - ông Thomas Zacharia cho biết: 'Frontier đang mở ra một kỷ nguyên mới của máy tính exascale để giải quyết những thách thức khoa học lớn nhất trên thế giới'.

Giờ đây, các công ty đã chung tay xây dựng 'cỗ máy' Frontier, là Công ty bán dẫn đa quốc gia của Mỹ Advanced Micro Devices (AMD) và Công ty công nghệ thông tin đa quốc gia của Mỹ Hewlett Packard Enterprise (HPE), sẽ tiết lộ 'trái tim năng lượng' giúp siêu máy tính Frontier sở hữu sức mạnh khủng khiếp này.

Frontier bao gồm 74 tủ siêu máy tính HPE Cray EX, mỗi tủ nặng hơn 3.600 kg [tổng 74 tủ nặng 266.400 kg hay 266,4 tấn!].

Tổng cộng Frontier có hơn 9.400 nút máy tính. Mỗi nút chứa một bộ xử lý CPU AMD 'Trento' 64 lõi 2 gigahertz thế hệ thứ ba được tối ưu hóa cho các tác vụ thông thường; và bốn bộ gia tốc GPU AMD Radeon Instinct MI250X cho các hoạt động song song của siêu máy tính và trí tuệ nhân tạo; cũng như 4 terabyte bộ nhớ flash để giúp nhanh chóng cung cấp dữ liệu GPU.

Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge cho biết siêu máy tính hàng đầu thế giới Frontier của họ chứa tổng cộng 9.408 CPU; 37.632 GPU; và 8.730.112 lõi, được liên kết với nhau bằng 145 km cáp mạng; và tiêu thụ khoảng 21 megawatt.

Toàn bộ hệ thống siêu máy tính này được làm mát bằng chất lỏng 100% và về không gian, hệ thống Frontier chiếm 372 mét vuông.

Siêu máy tính Frontier không chỉ là cỗ máy đầu tiên phá vỡ rào cản exascale, ngưỡng 1 tỷ tỷ phép tính mỗi giây, mà còn được xếp hạng số 1 là siêu máy tính tiết kiệm năng lượng nhất thế giới.

Frontier được xếp hạng đầu tiên trong danh sách Green500 mới nhất, đo lường hiệu quả năng lượng của siêu máy tính.

Trong quá trình phát triển Frontier, AMD chú ý rằng thách thức lớn nhất mà họ phải đối mặt là hiệu suất năng lượng. 'Có rất nhiều tài liệu cho thấy sẽ mất hàng trăm nghìn GPU và 150 đến 500 megawatt để có được một exaflop, còn chúng tôi muốn làm điều đó với hàng chục nghìn GPU và 20 megawatt!' - Brad McCredie, Phó chủ tịch công ty AMD chuyên về trung tâm dữ liệu GPU và xử lý tăng tốc cho biết.

Ngoài ra, siêu máy tính Frontier còn giành được vị trí hàng đầu trong một danh mục mới hơn: Máy tính có độ chính xác hỗn hợp, đánh giá hiệu suất ở các định dạng máy tính thường được sử dụng cho trí tuệ nhân tạo, với hiệu suất đạt khoảng 6,86 exaflop.

Một khía cạnh quan trọng trong thành công của Frontier là cách các CPU và GPU của nó được liên kết trong mỗi nút thông qua kiến trúc kết nối xung Infinity Fabric của Công ty bán dẫn đa quốc gia của Mỹ AMD. Điều này giúp tăng cường sức mạnh đồng thời giữa CPU và GPU — nghĩa là, cung cấp cho tất cả chúng cùng một chế độ xem dữ liệu được chia sẻ.

Các bước tiếp theo cho Frontier bao gồm tiếp tục thử nghiệm và xác nhận hệ thống. Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge cho biết Frontier vẫn đang đi đúng hướng để được chấp nhận lần cuối và tiếp cận khoa học sớm vào cuối năm 2022 và được lên kế hoạch phục vụ khoa học đầy đủ vào ngày 1/1/2023.

Các dự án đã được lên kế hoạch cho siêu máy tính Frontier bao gồm nghiên cứu bệnh ung thư, khám phá thuốc, phản ứng tổng hợp hạt nhân, vật liệu ngoại lai, động cơ siêu hiệu quả và các vụ nổ sao. Mục đích của cỗ máy có hiệu suất 1,1 tỷ tỷ phép tính mỗi giây là tăng tốc thời gian cần thiết cho các công việc đó từ hàng tuần lên hàng giờ và từ hàng giờ sang giây.

Brad McCredie, Phó chủ tịch công ty AMD cho biết: 'Frontier cho phép các nhà khoa học nghiên cứu khoa học nhiều/sâu hơn, có nghĩa là tiếp cận gần hơn với năng lượng đốt sạch hiệu quả hơn, nhanh chóng hơn trong việc tìm ra các loại vắc-xin hiệu quả hơn. Chúng tôi đã bắt đầu toàn bộ cuộc phiêu lưu này với Frontier để trở thành người tiên phong để giải quyết các vấn đề về khí hậu, năng lượng, đại dịch, những thách thức hàng đầu mà nhân loại phải đối mặt. Từ cuộc đua xây dựng một hệ thống siêu máy tính nhanh nhất thế giới, chúng tôi hướng đến một cỗ máy có thể giúp ích cho xã hội nhiều hơn'.

Khi các nhà nghiên cứu có quyền truy cập vào hệ thống Frontier hoạt động đầy đủ vào cuối năm 2022, các nhà khoa học và kỹ sư từ khắp nơi trên thế giới sẽ vận hành những tốc độ tính toán phi thường này để giải quyết một số câu hỏi thách thức nhất trong thời đại của chúng ta. Đó là lúc máy móc đi vào phục vụ con người ở quy mô rộng hơn.

CUỘC ĐUA VÀ KẾ HOẠCH CỦA TRUNG QUỐC

HPC Wire thông tin rằng, sau khi hệ thống siêu máy tính Frontier hoạt động, Mỹ sẽ tập trung vào việc xây dựng hệ thống siêu máy tính Aurora của Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, đây là hệ thống thứ hai trong ba hệ thống exascale của Mỹ. 

Quá trình triển khai của Aurora hiện đang tiến hành qua các bước cơ bản ban đầu và việc cung cấp hệ thống dựa trên Intel (mục tiêu đạt hiệu suất trên 2 tỷ tỷ phép tính mỗi giây) dự kiến sẽ diễn ra vào năm 2022. 

Sau Aurora sẽ là hệ thống siêu máy tính thứ ba mang tên El Capitan của Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore, cũng được HPE và AMD phối hợp xây dựng và dự kiến triển khai vào năm 2023.

Quốc gia tham gia cuộc đua xây dựng siêu máy tính exascale trên thế giới chính là Trung Quốc. Nếu Mỹ đặt mục tiêu hoàn thành bộ ba siêu máy tính exascale vào năm 2023 thì Trung Quốc đặt mục tiêu có đến 10 hệ thống siêu máy tính exascale hoạt động vào năm 2025, theo báo cáo của Financial Times.

Theo Financial Times, với tốc độ này, Trung Quốc sẽ vượt qua Mỹ để đạt được bước đột phá lớn tiếp theo bằng cách cung cấp một số lượng lớn hơn các siêu máy tính exascale để đưa nước này vào vị thế 'chiếm lĩnh vị trí cao của máy tính trong nhiều năm tới'.

Đối với Mỹ, điều đang bị đe dọa không chỉ là niềm tự hào quốc gia, vì siêu máy tính cung cấp sức mạnh tính toán cần thiết cho việc mô phỏng vật lý hạt nhân được sử dụng cho vũ khí nguyên tử, mà còn để khám phá ra các vật liệu mới và thúc đẩy các đột phá về kỹ thuật.

Tuy vậy, lo ngại của Mỹ về việc Trung Quốc vượt mặt trong lĩnh vực siêu máy tính exascale có thể bị phóng đại. 

Financial Times trích dẫn Tiến sĩ David Kahaner, người sáng lập bộ phận phân tích của Chương trình Thông tin Công nghệ Châu Á (ATIP), cho biết một nửa trong số 3,2 tỷ đô la mà Bộ Năng lượng Mỹ dành cho dự án siêu máy tính exascale cho đến nay đã được dành để phát triển phần mềm nhằm thu được những lợi thế lớn từ quy mô exascale, điều này có nghĩa là Mỹ có thể có khả năng tối ưu hóa tốt hơn ở lĩnh vực này.

Trong khi đó, nhiều người biểu đạt sự nghi ngờ về hai hệ thống exascale của Trung Quốc vì Trung Quốc đã từ chối công khai bất kỳ số liệu tiêu chuẩn nào có thể chứng minh mức hiệu suất exascale thực sự của chúng.

Để biết xem Trung Quốc có thực hiện cam kết hay không, chỉ còn chờ thời gian sẽ trả lời!

Bài viết tham khảo: IEEE MAGAZINE, Oak Ridge National Lab.Gov, Sciencealert