Nội dung bài viết
Siêu máy tính là gì?
Siêu máy tính (Supercomputer) là những cỗ máy tính có khả năng siêu tính toán, xử lý nhanh hơn gấp nhiều lần so với máy tính thông thường. Các siêu máy tính hiện nay có khả năng xử lý hàng nghìn teraflop, nhiều hơn gấp hàng nghìn đến chục nghìn lần những bộ máy tính hiện đại nhất gộp lại.
Phân loại
Có 2 loại siêu máy tính là:
- Điện toán lưới: kiểu kết nối nhiều máy tính trong cùng một mạng với nhau để thực hiện tính toán.
- Điện toán phân tán: kiểu kết nối nhiều máy tính phân tán theo địa lý để thực hiện tính toán đòi hỏi sức mạnh xử lý lớn.
Cấu tạo
Một siêu máy tính có thể sử dụng đến hàng nghìn đến chục nghìn vi xử lý (CPU) là điều hết sức bình thường. Điều này cũng tương tự xảy ra với bộ nhớ trong (RAM) và đơn vị xử lý đồ họa (GPU). Các linh kiện này được ghép nối với nhau thành một hệ thống lớn lưu trữ bằng tủ riêng được gọi là Storage Area Network (SAN) có dung lượng rất “khủng”.
Hệ điều hành
Hệ điều hành của các siêu máy tính sử dụng hầu hết trên thị trường hiện nay là Linux, thị phần ít hơn sử dụng Windows và BSD nhưng không đủ tin cậy và phổ biến.
Mục đích sử dụng
Siêu máy tính đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực khoa học tính toán thường được sử dụng trong các lĩnh vực bao gồm:
- Cơ học lượng tử
- Dự báo thời tiết
- Nghiên cứu khí hậu
- Thăm dò dầu khí
- Mô hình hóa phân tử (tính toán cấu trúc và tính chất các hợp chất hóa học, phân tử sinh học…)
- Mô phỏng vật lý,
- Phân tích mật mã, v.v…
Nguồn gốc
Năm 1960, UNIVAC đã chế tạo thành công Máy tính Nghiên cứu Nguyên tử (Livermore Atomic Research Computer viết tắt là LARC), siêu máy tính này sử dụng để nghiên cứu và phát triển hải quân Hòa Kỳ. Cũng trong thời gian này, dự án siêu máy tính và hệ điều hành cùng tên là Atlas đã được một nhóm sinh viên trường Đại học Manchester chế tạo thành công. Siêu máy tính này có thể xử lý ở tốc độ 1 triệu hướng dẫn/giây.
Năm 1961, IBM đã chế tạo chiếc IBM 7030 cho Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, một siêu máy tính nhanh gấp 100 lần so với máy tính thông thường. Đây là nền tảng để cho IBM tiếp tục cho ra mắt IBM 7950 Harvest sau này, siêu máy tính dùng để phân tích mật mã.
Năm 1964, siêu máy tính CDC 6600 được thiết kế bởi Seymour Cray ra đời sử dụng các bóng bán dẫn silicon cho tốc độ nhanh hơn với nhiệt độ thấp hơn. CDC 6600 nhanh chóng trở thành siêu máy tính nhanh nhất thế giới tại thời điểm đó, nhanh hơn khoảng 10 lần so với những siêu máy tính trước đó.
Năm 1976, Seymour Cray – Người đã rời CDC trước đó để thành lập công ty riêng đã cho ra đời Cray-1 và nó đã trở thành một trong những siêu máy tính thành công nhất lịch sử. Cray-2 được phát hành vào năm 1985 có tám vi xử lý, hệ thống làm mát chất lỏng Fluorinert tốc độ đạt tới 1,9 gigaFLOPS nhanh thứ 2 thế giới xếp sau siêu máy tính M-13 của Nga.
TOP những siêu máy tính mạnh nhất
Các siêu máy tính mạnh nhất thế giới tại thời điểm sản xuất:
- Năm 1993-1994: Siêu máy tính Intel Paragon có tốc độ cực đại 124,5 GFLOPS (1993) và 143,4 GFLOPS (1994) của Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia DoE-Sandia, New Mexico, Hoa Kỳ.
- Năm 1994: Siêu máy tính Fujitsu Numerical Tunnel có tốc độ cực đại 170,4 GFLOPS của Phòng Thí Nghiệm Hàng không Vũ Trụ Quốc Gia, Tokyo, Nhật Bản.
- Năm 1996: Siêu máy tính Hitachi CP-PACS có tốc độ cực đại 368.2 GFLOPS của Trường Đại học Tsukuba, Nhật Bản.
- Năm 1997: Siêu máy tính Intel ASCI Red/9152 có tốc độ cực đại 1,338 TFLOPS của Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia DoE-Sandia, New Mexico, Hoa Kỳ.
- Năm 1999: Siêu máy tính Intel ASCI Red/9632 có tốc độ cực đại 2,3796 TFLOPS của Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia DoE-Sandia, New Mexico, Hoa Kỳ.
- Năm 2000: Siêu máy tính IBM ASCI White có tốc độ cực đại 7,226 TFLOPS của Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia DoE-Lawrence Livermore, California, Hoa Kỳ.
- Năm 2002: Siêu máy tính NEC Earth Simulator có tốc độ cực đại 35,86 TFLOPS của Trung Tâm Mô Phỏng Trái Đất, Yokohama, Nhật Bản.
- Năm 2004-2007: Siêu máy tính IBM Blue Gene/L có tốc độ cực đại lần lượt là 70,72 TFLOPS (2004), 136,8 TFLOPS (2005) và 478,2 TFLOPS (2007) của DoE/IBM Rochester, Minesota, Hoa Kỳ (2004) và DoE/Cơ Quan An Ninh Hạt Nhân Quốc Gia Hoa Kỳ, Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia Lawrence Livermore, California, Hoa Kỳ (2005-2007).
- Năm 2008: Siêu máy tính IBM Roadrunner có tốc độ cực đại 1,105 PFLOPS của Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia DoE-Los Alamos, New Mexico, Hoa Kỳ.
- Năm 2009: Siêu máy tính Cray Jaguar có tốc độ cực đại 1,759 PFLOPS của Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia DoE-Oak Ridge, Tennessee, Hoa Kỳ.
- Năm 2010: Siêu máy tính Tianhe-IA có tốc độ cực đại 2,566 PFLOPS của Trung Tâm Siêu Máy Tính Quốc Gia, Thiên Tân, Trung Quốc.
- Năm 2011: Siêu máy tính Fujitsu K Computer có tốc độ cực đại 10,51 PFLOPS của RIKEN, Kobe, Nhật Bản.
- Năm 2012: Siêu máy tính Cray Titan có tốc độ cực đại 17,59 PFLOPS của Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia Oak Ridge, Tennessee, Hoa Kỳ.
- Năm 2013: Siêu máy tính NUDT Tianhe-2 có tốc độ cực đại 33,86 PFLOPS tại Quảng Châu, Trung Quốc.
- Năm 2016: Siêu máy tính Sunway TaihuLight có tốc độ cực đại 93,01 PFLOPS tại Vô Tích, Trung Quốc.
- Năm 2018: Siêu máy tính IBM Summit có tốc độ cực đại 122,3 PFLOPS của Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia DoE-Oak Ridge, Tennessee, Hoa Kỳ.
- Năm 2020: Siêu máy tính Fugaku có tốc độ cực đại 442,010 PFLOPS của Trung tâm Khoa học tính toán RIKEN Nhật Bản.
Việt Nam hiện sở hữu 2 chiếc siêu máy tính mạnh mẽ của NVIDIA đó là:
- NVIDIA DGX-1 Volta: với trị giá khoảng 3 tỷ đồng hiện đang được đặt tại tòa nhà FPT kích thước chỉ nhỉnh hơn 1 thùng PC thông thường 1 chút nhưng sức mạnh lại gấp 800 server cộng lại phục vụ cho mục đích nghiên cứu AI.
- NVIDIA DGX A100: với trị giá khoảng 4,6 tỷ đồng được VinAI (thuộc Vingroup) mua về để sử dụng cho mục đích nghiên cứu AI.
Siêu máy tính mạnh nhất hiện nay
Tháng 6/2020, siêu máy tính Fugaku của Nhật Bản đã được công bố có khả năng tính toán lên đến 422,010 PFLOPS bỏ xa đối thủ xếp thứ 2 vươn lên dẫn đầu thế giới. Hiện siêu máy tính Fugaku đang được sử dụng để nghiên cứu điều trị COVID-19.
Mặc dù có khả năng tính toán siêu đẳng là vậy nhưng các siêu máy tính vẫn không thể so sánh được với máy tính lượng tử.
Máy tính lượng tử là gì?
Máy tính lượng tử (hay còn gọi là siêu máy tính lượng tử) là thiết bị có khả năng tính toán sử dụng trực tiếp các hiệu ứng của cơ học lượng tử như tính chồng chập và vướng víu lượng tử để thực hiện các phép toán trên dữ liệu đầu vào. Để thực hiện tính toán, máy tính lượng tử sử dụng các qubit (bit lượng tử) mà chúng có thể ở trạng thái chồng chập lượng tử mã hóa dữ liệu thành nhị phân cả 0 và 1. Máy tính lượng tử có đặc điểm chung với máy tính phi tất định (non-deterministic) và máy tính xác suất (probabilistic automaton computers) với khả năng ở nhiều trạng thái đồng thời, điều mà máy tính thông thường không thể làm được.
Mục đích sử dụng
Thuật ngữ “điện toán lượng tử” dùng để chỉ những tính toán mà chỉ máy tính lượng tử mới có thể làm được. Máy tính lượng tử hiện nay thường được sử dụng để:
- Giải mật mã
- Tìm kiếm lượng tử
- Mô phỏng lượng tử
- Tối ưu hóa lượng tử
- Giải phương trình tuyến tính
- Nghiên cứu y học, v.v…
Trên lý thuyến, máy tính lượng tử có khả năng xử lý các vấn đề mà các siêu máy tính phải mất vài thế kỷ mới thực hiện được.
Nguồn gốc
Chiếc máy tính lượng tử đầu tiên D-Ware 1 ra đời vào năm 2007 sử dụng tiến trình “tôi luyện lượng tử” hệ thống 128 qubits. Số bits này được phân thành 16 ngăn, mỗi ngăn có 8 qubits tạo thành các vòng siêu dẫn. Phiên bản thứ D-Ware 2 ra đời sau đó sử dụng vi xử lý niobium được làm lạnh ở nhiệt độ -273°C.
Máy tính lượng tử mạnh nhất hiện nay
Máy tính lượng tử mạnh nhất thế giới hiện nay là Honeywell của Tập đoàn sản xuất Honeywell đã vượt mặt Syncamore của Google khi mà năm ngoái Syncamore đã đạt được Ưu thế lượng tử hay Lượng tử tối cao có thể giải được bài toán 200 giây mà siêu máy tính mạnh nhất thế giới hiện nay IBM Summit phải mất tới 2,5 ngày.
Các siêu máy tính và siêu máy tính lượng tử là những cỗ máy tính mà người dùng phổ thông gần như không bao giờ có thể sở hữu. Chúng thường được nhiều cường quốc hàng đầu thế giới đầu tư và phát triển nhằm giải quyết các vấn đề lớn trên thế giới.
