Mỹ lên kế hoạch chế tạo 2 siêu máy tính tầm exa

ComputerWorld ngày 21/11/2016 đưa tin cường quốc công nghệ thông tin số 1 thế giới sẽ bắt đầu tìm kiếm các nhà chế tạo đề nghị gói thầu cho dự án này vào năm 2019 và sản xuất đồng thời hai hệ thống sử dụng cấu trúc khác nhau để hoàn thành năm 2023 – nếu chính phủ của tân tổng thống Donald Trump theo sát kế hoạch này. Một quan chức Bộ năng lượng Mỹ cho biết có thể một trong hai hệ thống sẽ đi vào hoạt động sớm hơn một năm, từ 2022.

Paul Messina, nhà khoa học máy tính và đồng sự xuất sắc ở Labs quốc gia  Argonne, trưởng dự án này, cho biết mục tiêu của dự án điện toán tầm exa là thúc đẩy an ninh và cạnh tranh kinh tế. Nhiều ngành công nghiệp đang dựa vào các siêu máy tính của chính phủ Mỹ để thực hiện các nghiên cứu khoa học, cải thiện sản phẩm, tấn công bệnh tật, sáng tạo các hệ thống năng lượng mới và hiểu rõ khí hậu. Các cơ quan tình báo và quốc phòng cũng sử dụng các hệ thống lớn này.

Ngân sách cho dự án này vào khoảng 200-300 triệu USD. Đây chỉ là chi phí chế tạo và các hoạt động gây quỹ cho nghiên cứu tầm exa vẫn đang tiếp diễn, như ngân sách trong năm nay là 150 triệu USD. Ngoài việc hỗ trợ các ngành nêu trên, siêu máy tính còn tạo ra tiến bộ trong phát triển phần mềm, bộ nhớ, bộ xử lý và các công nghệ khác mà cuối cùng sẽ được chọn lọc để đến với thị trường thương mại.

Các nhà khoa học và công ty máy tính vẫn chưa rõ chính phủ của tổng thống mới có thay đổi định hướng hay không, dù lợi ích của điện toán năng lực cao là quá rõ ràng. Việc Trump bỏ qua ngân sách cho biến đổi khí hậu vì xem đó là trò lừa đảo đã khiến các nhà nghiên cứu lo sợ rằng ngân sách khoa học cũng sẽ chịu cảnh tương tự.

Mỹ sẽ trao hợp đồng exa cho hai nhà sản xuất có hai cấu trúc khác nhau, thông lệ chính phủ thường làm để duy trì sự cạnh tranh cao nhất trên thị trường, giống như các hợp đồng siêu máy tính gần đây là các hệ thống xây dựng trên cấu trúc IBM Power, GPU Volta của Nvidia và Cray-built sử dụng chip Intel.

Chính phủ đã dự kiến thời hạn exa hoàn thành là 2023 để tận dụng chu kỳ nâng cấp ở các lab quốc gia. Các hệ thống được lắp đặt trong vài năm tới sẽ sẵn sàng thay thế vào lúc exa đi vào hoạt động.

Trước mắt, xây dựng một hệ thống exa sẽ có những thử thách về tốc độ lẫn năng lượng.

Một hệ thống exa nhanh gấp 1000 lần hệ thống peta (1 peta = 1 triệu tỉ), bước ngoặt lớn gần nhất trong lịch sử siêu máy tính vào năm 2008. Siêu máy tính exa phải có khả năng xử lý 1 tỉ tỉ phép tính dấu chấm động mỗi giây, vượt qua giới hạn định luật Moore năm 1960 là số transistor trên một chip tăng gấp đôi sau mỗi hai năm. Trong một cuộc phỏng vấn, Messina cho biết khi định luật Moore sắp kết thúc, chìa khóa để đạt tốc độ vượt trội là rất nhiều thành phần chạy song song. Hệ thống exa cũng sẽ có khả năng giải quyết vấn đề nhanh gấp 50 lần so với các hệ thống 20-petaflop đang được dùng trong các lab chính phủ hiện nay. Khi đó, làm cách nào để quản lý và chạy suôn sẻ các hệ thống và ứng dụng để tận dụng hàng trăm triệu sự kiện song song đồng thời là một vấn đề hóc búa.

Vấn đề quan trọng thứ hai là tiêu thụ năng lượng. Nếu exa được xây dựng bằng công nghệ hiện nay từ lúc này, nó cần phải có nhà máy điện riêng. Hệ thống exa tương lai mà chính phủ Mỹ muốn chỉ cần dùng 20 megawatts và tối đa là 30 megawatts.

Để giải quyết vấn đề này, cần có các giải thuật mới và sự phát triển về phần mềm, ứng dụng vì hầu hết năng lượng được dùng để di chuyển dữ liệu. Khoảng 500 người hiện đang làm việc tại các trường đại học và lab quốc gia trong nỗ lực hợp tác với Bộ năng lượng để phát triển các phần mềm và công nghệ cần cho exa.