SC11: Siêu máy tính exaflops đến năm 2020

Để chế tạo siêu máy tính nhanh tới 1.000 pflops (1 pflops = 1 triệu tỷ phép tính/giây), cần có những sáng kiến và hỗ trợ tài chính của chính phủ Mỹ. Tại Hội nghị quốc tế lần thứ 11 về siêu máy tính - Super Computer - SC11 diễn ra mới đây ở Seatle (Mỹ), chủ đề nóng nhất là nhiệm vụ đạt tốc độ 1 exaflops (tỷ tỷ phép tính /giây) cho đến cuối thập niên này, tức là vào khoảng một nghìn lần so với những siêu máy tính nhanh nhất hiện nay.
8 - 9 năm là một chặng đường dài nhưng việc tham gia vào SC11 cho cảm tưởng exaflops đang ở quanh quất đâu đây. Sự khởi xướng có phần xuất phát từ Bộ Năng lượng Mỹ, nơi đang có kế hoạch hỗ trợ tài chính cho phát triển các siêu máy tính cực mạnh mới. Hồi hè năm ngoái, Bộ Năng lượng Mỹ thông báo cho ngành siêu máy tính rằng khoảng 2019 - 2020, họ cần hệ thống exaflops tiêu thụ không quá 20MW. Từ đó đã bắt đầu các cuộc thử nghiệm phương pháp thực hiện nhiệm vụ này.

Trong khi các nhà sản xuất đang phải giải quyết vấn đề điện năng tiêu thụ và hiệu suất tính toán thì người dùng các hệ thống điện toán hiệu suất cao đang phải khắc phục trở ngại lập trình sao cho có thể sử dụng hết khả năng của các siêu máy tính mới. Ảnh của IBM.

Chúng ta sẽ xem 20MW là gì. Hiện tại, IBM đang xây dựng cho Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence ở Livermore (cũng thuộc sở hữu của Bộ Năng lượng Mỹ) một hệ thống công suất 20 Pflops. Đây sẽ là một trong những siêu máy tính lớn nhất và có hiệu suất sử dụng năng lượng tốt nhất thế giới. Khi vào năm tới, hệ thống này sẽ được đưa vào khai thác đầy đủ, mức tiêu thụ năng lượng của nó sẽ ở vào khoảng 7 - 8 MW, theo IBM. Một Exaflops là 1000 pflops còn 1 pflops thì bằng 10 mũ 15 (1 triệu tỷ) phép tính dấu chấm động trong một giây.
"Chúng ta đang sống ở một thế giới năng lượng giới hạn - Steve Skott, Giám đốc công nghệ của bộ phận phát triển bộ xử lý Tesla của Nvidia nói - Hiện nay, tốc độ tính toán mà chip có thể đạt được bị giới hạn không phải vì số transistor phân tán mà vì công suất mà nó tiêu thụ". Skott cho rằng, khả năng của kiến trúc x86 trong lĩnh vực tốc độ cao bị giới hạn do chi phí của các tài nguyên của bộ xử lý trong quá trình hoạt động của nó. Các bộ xử lý đồ hoạ thì khác các bộ xử lý trung tâm, thực hiện khối lượng rất nhỏ các chức năng dịch vụ và tiêu hao năng lượng ít hơn.

Hiện tại, các hệ thống điện toán năng suất cao đang được xây dựng trên cơ sở các chip Nvidia được sử dụng cùng các bộ xử lý trung tâm kiến trúc x86. Phương pháp tiếp cận lai này cũng được sử dụng trong các smartphone, ở đó, đóng vai trò bộ xử lý trung tâm chính là các chip ARM, nên theo thời gian, không loại trừ trường hợp xuất hiện chip ARM lai với chip đồ hoạ.
Skott cho rằng mục tiêu mà Bộ Năng lượng Mỹ đề ra có thể đạt được vào năm 2022. Tuy nhiên, ông bổ sung rằng nếu chương trình exaflops của nhà nước được tài trợ đủ, Nvidia có thể đẩy mạnh phát triển các giải pháp kiến trúc và hệ thống mới, nhờ đó, sự kết hợp chuẩn giữa hiệu suất và năng lượng tiêu thụ sẽ có thể đạt được ngay từ năm 2019.
Tổng giám đốc bộ phận về công nghệ điện toán của Intel Rajib Hazra tuyên bố rằng Công ty có thể tạo hệ thống exaflops tiêu thụ 20MW ngay từ năm 2018, tức là sớm hơn một năm so với yêu cầu của Chính phủ Mỹ. Điều này được Hazra thông báo trong thời gian giới thiệu Knights Corner - bộ xử lý 50 nhân của Intel với hiệu suất tính toán lên tới 1 tflops.
Trong khi các nhà sản xuất đang phải giải quyết vấn đề điện năng tiêu thụ và hiệu suất tính toán thì người dùng các hệ thống tính toán hiệu suất cao đang phải khắc phục trở ngại lập trình sao cho có thể sử dụng hết khả năng của các siêu máy tính mới.
Đối với Kim Kapps, người đứng đầu bộ phận điện toán của Phòng thí nghiệm Lawrence ở Livermor và là lãnh đạo dự án Sequoia (siêu máy tính do IBM cung cấp), 20 pflops hiện thời đã là quá đủ. "Chúng tôi kinh ngạc về việc có thể đạt tới cỗ máy mạnh đến như thế - Giờ đây chúng ta có thể giải quyết hàng loạt bài toán ở tầm quốc gia - Trong lĩnh vực phát triển vũ khí, mô hình hoá vật liệu, thay đổi khí hậu, các hệ thống năng lượng v.v...".
Về tuyên bố của IBM cho rằng có thể mở rộng hệ thống lên tới 100 Pflops, bà Kapps bình luận như sau: "Đó là tuyên bố của IBM. Tôi thì chỉ sẵn sàng sử dụng ở tốc độ 20 Pflops".

cnet