Bạn phải đăng ký để thấy được link



Siêu máy tính Summit. (Hình: olcf.ornl.gov)




Năm 2010 giới khoa học máy tính thế giới giật mình kinh ngạc khi Trung Quốc được đánh giá là có siêu máy tính nhanh nhất thế giới. Từ đó đến nay ngôi vị này đã thay đổi mấy lần. Tin mới nhất cho biết là Hoa Kỳ đã đoạt lại ngôi vị ấy từ tay Trung Quốc với siêu máy tính Summit. Trong bài này tôi xin nói về công nghệ siêu máy tính.

Điểm chuẩn so sánh siêu máy tính

Để so sánh các siêu máy tính thì cần đặt ra những điểm chuẩn (benchmark). Một điểm chuẩn thường được nói đến là dùng số phép tính điểm động trong một giây (floating-point operations per second viết tắt là flops). Floating-point là một cách để biểu hiện các số trong máy tính. Floating-point dịch là điểm động, nhưng trong nước thì gọi là dấu phẩy động. Lý do là dùng dấu chấm và dấu

Vì sự tiến bộ vượt bực của công nghệ máy tính chữ “siêu máy tính” được dùng rất là tương đối. Siêu máy tính mười năm về trước không bằng một máy tính thường bây giờ. Vào năm 1988 máy tính được xếp hạng là siêu máy tính nếu có thể làm 195 megaflops, nhưng đến năm 1997 thì một bộ vi xử lý (microprocessor) thường đã có thể làm tới 450 megaflops.

Cấu trúc của siêu máy tính
Một siêu máy tính cũng như một máy tính thường gồm có nhiều bộ phận: bộ xử lý (processor), bộ nhớ, thiết bị đầu ra và đầu vào, và hệ thống giao tiếp giữa các bộ phận trên cũng như nối mạng. Bộ nhớ là đầu não của máy tính, đây là bộ phận thực hành những tính toán. Có hai loại xử lý: loại nối tiếp (serial processing) và loại song song. Bộ xử lý nối tiếp thi hành từng mệnh lệnh một, hết cái này nối tiếp cái khác. Bộ xử lý song song có nhiều thành phần. Những thành phần ấy có thể thi hành những mệnh lệnh cùng một lúc.

Bộ xử lý song song nhanh hơn bộ xử lý nối tiếp. Vấn đề của bộ xử lý song song là làm sao phân chia công việc làm nhiều mảng nhỏ để có thể thi hành cùng một lúc. Các nhà nghiên cứu máy tính đã giải quyết được vấn đề này nên các máy tính hiện thời đều dùng bộ xử lý song song.

Kể từ thập niên 1960 các nhà khoa học đã thử dùng nhiều cấu trúc khác nhau cho siêu máy tính. Hiện nay cấu trúc được dùng nhiều nhất là kiểu xử lý song song hàng loạt (massively parallel processing).


Sự tiến triển của siêu máy tính

Sự phát triển của siêu máy tính gắn liền với ông Seymour Cray. Năm 1964, ông Cray và một số kỹ sư của công ty Control Data Corporation (viết tắt là CDC) hoàn thành máy tính CDC 6600. Máy tính này nhanh gấp 10 lần các máy tính ngoài thị trường và nhanh gấp ba lần máy tính IBM 7030 Stretch, máy tính nhanh nhất thời bấy giờ. CDC 6600 có thể thực hành 3 megaflops và thường được coi là siêu máy tính đầu tiên. Để tạo thành được một siêu máy tính như thế ông Cray và nhóm của ông ta đã có nhiều sáng kiến về việc thiết kế bộ xử lý cốt lõi (core processor) cũng như việc sử dụng chất bán dẫn silic (silicon transistor).


Bạn phải đăng ký để thấy được link

Siêu máy tính CDC 6600. (Hình: en.wikipedia.org)



Siêu máy tính CDC 6600 nổi tiếng thời bấy giờ, những phòng thí nghiệm lớn trên thế giới như Los Alamos National Lab hay CERN (cơ quan khảo cứu hạt nhân của Châu Âu) đều có CDC 6600. Viện Bảo Tàng Lịch Sử Máy Tính (Computer History Museum) ở Mountain View, California có trưng bày một cái CDC 6600.

Sau đó nhóm ông Cray còn chế tạo ra siêu máy tính CDC 7600 và CDC 8600.

Ông Cray rời công ty CDC và thành lập một công ty riêng gọi là Cray Research để tiếp tục nghiên cứu và phát triển siêu máy tính. Vào năm 1976 ông Cray đưa ra thị trường siêu máy tính Cray-1, đó là siêu máy tính nhanh nhất thời bấy giờ. Sau đó là Cray X-MP và Cray-2. Rất tiếc là ông Cray đã bị chết trong một tai nạn xe cộ vào năm 1996.


Siêu máy tính nào mạnh nhất

Lúc đầu Hoa Kỳ với siêu máy tính CDC 6600 giữ chức quán quân về siêu máy tính. Kể từ đó chức này đã được thay đổi qua nhiều quốc gia.

Vào thập niên 1990 thì Nhật Bản đoạt được chức vụ quán quân siêu máy tính với các máy tính SX-3/44R của công ty NEC, Numerical Wind Tunnel của Fujitsu và SR2201 của Hitachi. Vào cuối thập niên 1990 thì siêu máy tính nhanh nhất lại trở về Mỹ.
Vì đây là một niềm tự hào dân tộc nên chính quyền Trung Quốc đã bỏ rất nhiều công sức (kể cả việc “mượn tạm” kỹ thuật của Hoa Kỳ) để giành được phần thắng vào năm 2010 với siêu máy tính Tianhe-1A. Sau đó địa vị được thay đổi giữa Hoa Kỳ, Nhật Bản và Trung Quốc. Mới đây nhất Hoa Kỳ với siêu máy tính Summit đã giật lại chức vị này từ Trung Quốc.


Siêu máy tính Summit

Summit là siêu máy tính mạnh nhất bây giờ. Summit được để ở Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia Oak Ridge (Oak Ridge National Laboratory) và được chế tạo bởi IBM. Trên lý thuyết Summit có khả năng 200 petaflops, tức là có thể thi hành 200 triệu tỷ phép tính trong một giây. Summit có 4,608 nút, mỗi nút có 2 bộ phận. Mỗi bộ phận có 22 bộ xử lý cốt lõi song song.

Summit chiếm một diện tích bằng khoảng hai sân quần vợt và dùng rất nhiều điện. Nếu chạy tối đa thì Summit dùng tới 15 megawatt, tương đương với sự dùng điện của 7,000 nhà. Vì dùng nhiều điện nên nó tỏa ra sức nóng rất lớn và cần phải làm nguội liên tục. Máy làm lạnh bơm 4,000 ga lông nước trong một phút qua hệ thống lạnh.


Những áp dụng của siêu máy tính

Siêu máy tính dùng để giải quyết những bài toán phức tạp, cần rất nhiều sự tính toán hay có rất nhiều dữ liệu hay cả hai. Nếu dùng máy tính thường thì cần thời gian rất lâu, có thể bị mất thời gian tính. Thí dụ hồi CDC 6600 là nhanh nhất, một cơ quan khí tượng bên Âu Châu dùng nó để tiên đoán thời tiết 10 ngày sắp tới, nhưng máy chạy tới 12 ngày mới ra kết quả.

Sau đây là một vài áp dụng của siêu máy tính:
-Tiên đoán thời tiết: Thời tiết thay đổi rất nhanh và có rất nhiều điểm dữ liệu (data point). Thí dụ nhiệt độ mỗi chỗ mỗi khác, ngay như tại một điểm nhiệt độ dưới đất khác nhiệt độ ở trên cao. Vì vậy cần có siêu máy tính để tiên đoán thời tiết.

-Mô phỏng (simulation) nổ bom hạt nhân: Vì nổ bom hạt nhân đã bị cấm, nên muốn nghiên cứu các kỹ thuật mới chỉ có cách là tạo ra các mô hình rồi dùng siêu máy tính chạy các phần mềm mô phỏng.

-Mô phỏng bộ óc: Siêu máy tính SpiNNaker của đại học University of Manchester bên UK được chế tạo để mô phỏng bộ óc. Máy có một triệu bộ xử lý cốt lõi và có 1,200 bảng mạch (circuit board) nối kết. Tuy vậy, máy chỉ mô phỏng được khoảng 1% bộ óc con người.
-Khai thác dữ liệu (data mining): Các công ty như Facebook hay Google thu thập hằng ngày một số dữ liệu khổng lồ nên phải dùng siêu máy tính để có thể rút ra những thông tin hữu ích.

Siêu máy tính đã là nhanh nhưng chưa nhanh bằng những máy tính dùng công nghệ điện toán lượng tử (quantum computing), một kỹ thuật mới đang được các nhà khoa học ở các đại học danh tiếng và các công ty lớn ráo riết nghiên cứu. Tôi sẽ nói về công nghệ điện toán lượng tử khi nào có dịp.
—–
Nguồn :Bạn phải đăng ký để thấy được link, Bạn phải đăng ký để thấy được link, Bạn phải đăng ký để thấy được link, Bạn phải đăng ký để thấy được link


Chủ đề tương tự: