Khi nói về sức mạnh tính toán to lớn, câu hỏi ‘siêu máy tính là gì’ hiện lên trong đầu một số người. Vì vậy, hãy giải thích: Siêu máy tính là máy tính có hiệu suất cao so với máy tính đa năng. Các phép toán dấu phẩy động mỗi giây (FLOPS) được sử dụng để đo hiệu suất của siêu máy tính, thay vì hàng triệu lệnh mỗi giây (MIPS). Công nghệ siêu máy tính có thể thực hiện được nhờ các siêu máy tính, những máy tính mạnh nhất trên thế giới và chúng được tạo thành từ các kết nối, hệ thống I/O, bộ nhớ và lõi xử lý.
Theo truyền thống, siêu máy tính đã được sử dụng cho các ứng dụng khoa học và kỹ thuật đòi hỏi phải làm việc với các tập dữ liệu lớn, sức mạnh xử lý lớn hoặc cả hai trong một số trường hợp. Siêu máy tính để bàn hoặc siêu máy tính GPU đã được tạo ra nhờ bộ xử lý đa lõi và bộ xử lý đồ họa đa năng.
Siêu máy tính là gì và điều gì tạo nên siêu máy tính?
Siêu máy tính, không giống như máy tính truyền thống, có nhiều hơn một bộ xử lý trung tâm (CPU). Các nút điện toán được tạo thành từ một bộ xử lý hoặc một nhóm bộ xử lý—đa xử lý đối xứng (SMP)—cũng như một khối bộ nhớ. Các nút này có thể làm việc cùng nhau để giải quyết một vấn đề nhất định vì chúng có khả năng giao tiếp được kết nối với nhau. Các nút cũng sử dụng các kết nối để giao tiếp với các hệ thống I/O, chẳng hạn như lưu trữ dữ liệu và kết nối mạng.
Siêu máy tính thường được sử dụng để chạy các chương trình trí tuệ nhân tạo; do đó, siêu máy tính đã gắn liền với AI. Điều này là do các ứng dụng AI đòi hỏi khả năng tính toán hiệu năng cao mà siêu máy tính cung cấp. Nói cách khác, vì siêu máy tính có thể quản lý các loại khối lượng công việc thường thấy trong các ứng dụng AI nên chúng rất lý tưởng để cung cấp năng lượng cho các hệ thống AI.
Các siêu máy tính tiên tiến nhất chứa nhiều máy tính song song thực hiện các tác vụ song song. Có hai loại xử lý song song: đa xử lý đối xứng và xử lý song song ồ ạt. Các siêu máy tính có thể bị phân tán, nghĩa là chúng tận dụng sức mạnh của nhiều PC khác nhau cùng một lúc thay vì đặt tất cả CPU ở một vị trí.
“Một petaflop là tốc độ xử lý tính toán của siêu máy tính tương đương với một nghìn tỷ tỷ flop. MỘT 1- hệ thống máy tính petaflop có thể thực hiện một triệu triệu (1015) thất bại. Mặt khác, siêu máy tính có thể có sức mạnh tính toán gấp 10 lần chiếc máy tính xách tay mạnh nhất thế giới”
Siêu máy tính được sử dụng ở đâu?
Siêu máy tính được sử dụng trong các ứng dụng khoa học và kỹ thuật nặng về dữ liệu và tính toán như cơ học lượng tử, dự báo thời tiết, thăm dò dầu khí, mô hình phân tử, mô phỏng vật lý, khí động học, nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân và phân tích mật mã. Để nâng cao hiệu suất, các hệ điều hành đời đầu được thiết kế riêng cho từng siêu máy tính. Trong những năm gần đây, kiến trúc siêu máy tính đã rời xa các hệ điều hành nội bộ, độc quyền và thay vào đó là Linux. Mặc dù hầu hết các siêu máy tính đều chạy Linux nhưng mỗi nhà sản xuất đều tập trung vào phiên bản của mình để có hiệu suất phần cứng tối ưu.
Nhiều tổ chức nghiên cứu khoa học và học thuật, các công ty kỹ thuật và doanh nghiệp lớn sử dụng điện toán đám mây thay vì siêu máy tính để có được sức mạnh tính toán khổng lồ. Đám mây cung cấp điện toán hiệu suất cao hơn (HPC) với chi phí thấp hơn, có khả năng mở rộng và tốc độ nâng cấp cao hơn so với các siêu máy tính tại chỗ. Các hệ thống HPC dựa trên đám mây có thể được mở rộng, sửa đổi và thu gọn khi nhu cầu kinh doanh thay đổi. Điện toán hiệu năng cao (HPC) cho phép doanh nghiệp sử dụng phần cứng hiện có của họ để tính toán HPC và các quy trình sử dụng nhiều dữ liệu.
Những siêu máy tính nhanh nhất thế giới
Siêu máy tính nhanh nhất thế giới là Fugaku, có tốc độ 442 petaflop tính đến tháng 6 năm 2021. Siêu máy tính IBM Summit và Sierra chiếm vị trí thứ hai và thứ ba, đạt 148.8 và 94.6 petaflop tương ứng. Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, một cơ sở của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ở Tennessee, là nơi đặt trụ sở của Summit. Sierra nằm ở California tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore. Trung Quốc tuyên bố Sunway Oceanlite của họ là siêu máy tính mạnh nhất với tốc độ không chính thức tốc độ cao nhất của 10,05 exaFLOPS.
Tốc độ ngày nay được đo bằng petaflop, với một nghìn tỷ tỷ (1015) flop mỗi giây. Khi siêu máy tính Cray-1 được lắp đặt tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos vào năm 1976, nó đạt tốc độ xấp xỉ 160 megaflops. Một megaflop có khả năng thực hiện một tỷ lần thất bại.
Các loại máy tính khác nhau so với siêu máy tính
Thuật ngữ “siêu máy tính” đôi khi được sử dụng thay thế cho các loại máy tính khác. Tuy nhiên, đôi khi các từ đồng nghĩa có thể gây hiểu nhầm. Dưới đây là một số điểm khác biệt và điểm tương đồng chính để giúp bạn hiểu những điểm tương đồng và khác biệt giữa các loại máy tính. Điện toán hiệu năng cao (HPC) sử dụng nhiều siêu máy tính để giải quyết các vấn đề phức tạp và lớn. Cả hai thuật ngữ đôi khi bị nhầm lẫn với nhau.
Siêu máy tính có thể được mô tả như máy tính song song vì chúng có thể sử dụng xử lý song song. Xử lý song song là khi một số CPU cùng lúc xử lý một vấn đề. Mặt khác, các tình huống HPC sử dụng tính song song mà không cần đến siêu máy tính. Một ngoại lệ khác là siêu máy tính có thể sử dụng các công nghệ xử lý thay thế, chẳng hạn như bộ xử lý vector, bộ xử lý vô hướng hoặc bộ xử lý đa luồng.
Điện toán lượng tử là một loại máy tính sử dụng các nguyên lý cơ học lượng tử để giải quyết vấn đề. Nó tìm cách giải quyết những câu hỏi khó mà ngay cả những siêu máy tính mạnh nhất thế giới cũng không thể giải quyết và sẽ không bao giờ có thể giải quyết được.
Siêu máy tính và trí tuệ nhân tạo
Siêu máy tính thường xuyên sử dụng các chương trình trí tuệ nhân tạo (AI) vì chúng cần hiệu năng và sức mạnh ở cấp độ siêu máy tính. Siêu máy tính có thể xử lý lượng thông tin khổng lồ mà AI và các ứng dụng học máy yêu cầu.
Trí tuệ nhân tạo đang trở thành một phần ngày càng quan trọng của công nghệ hiện đại. Một số siêu máy tính được thiết kế dành riêng cho AI. Ví dụ: Microsoft đã tạo ra một siêu máy tính tùy chỉnh để đào tạo các mô hình AI khổng lồ hoạt động với nền tảng đám mây Azure của mình. Mục tiêu là cung cấp cho các nhà phát triển, nhà khoa học dữ liệu và người dùng doanh nghiệp các tài nguyên siêu máy tính thông qua các dịch vụ AI của Azure. Một công cụ như vậy là Turing Natural Language Generation của Microsoft, một kỹ thuật xử lý ngôn ngữ tự nhiên.
Perlmutter của Nvidia là một ví dụ khác về siêu máy tính được tạo riêng cho tính toán AI. Nó được xếp hạng No. 5 trong danh sách TOP500 siêu máy tính nhanh nhất gần đây nhất. Nó sẽ được sử dụng để xây dựng bản đồ 3D lớn nhất thế giới về vũ trụ hữu hình và nó có 6,144 GPU. Nó phân tích dữ liệu từ Thiết bị quang phổ năng lượng tối, một máy ảnh chụp hàng trăm bức ảnh mỗi đêm và chứa hàng nghìn thiên hà.
