Siêu máy tính là thuật ngữ phổ biến được sử dụng trong những năm gần đây. Nó thường được liên tưởng đến các máy tính lớn có khả năng tính toán mạnh hơn nhiều so với các máy tính thông thường. Vậy, siêu máy tính là gì? Nó được hình thành như thế nào và được sử dụng để thực hiện những công việc gì? Hãy cùng Máy Chủ Sài Gòn khám phá trong bài viết này.
Chủ đề của bài viết.
1.
Máy tính siêu việt, hay còn được biết đến với tên gọi Supercomputer, là một loại thiết bị tính toán đặc biệt khác biệt so với máy tính để bàn và máy tính xách tay thông thường mà bạn thường sử dụng. Nó có kích thước lớn hơn và khả năng tính toán mạnh mẽ hơn nhiều so với các dòng máy tính cá nhân. Vì vậy, máy tính siêu việt không được sử dụng để soạn thảo văn bản hoặc chơi game.
Nó được sử dụng để tìm hiểu khoa học, thực hiện và tính toán các nhiệm vụ phức tạp thay cho việc làm bằng tay. Hiện nay, 6000 máy tính tiên tiến nhất đã được kết hợp để tạo ra một siêu máy tính với tốc độ xử lý hàng nghìn Teraflop (1 Teraflop tương đương với một nghìn tỷ phép tính mỗi giây).
Dựa theo phương pháp xử lý theo trình tự, một máy tính thông thường thường hoạt động bằng cách thực hiện công đoạn đầu vào để thu thập thông tin (dữ liệu), sau đó lưu trữ và xử lý dữ liệu để tạo ra một chuỗi đầu ra (kết quả). Thế nhưng, cách thức hoạt động của siêu máy tính lại là gì?
Hoạt động theo phương thức khác biệt hoàn toàn, siêu máy tính có khả năng xử lý đồng thời nhiều tác vụ. Tập trung nhiều công việc cần xử lý đồng thời hơn, việc xử lý đồng thời cần sử dụng nhiều máy tính, gây ra sự cồng kềnh của chúng.
Quá trình phát triển của các loại siêu máy tính
Hãy tóm tắt sơ lược về quá khứ để hiểu thêm về quá trình tiến hóa của siêu máy tính trước khi đưa ra các thông tin chính trong bài.
Ban đầu, ENIAC – một thiết bị tính toán vượt trội đã xuất hiện vào ngày 15/2/1946, chỉ sau 3 năm kể từ khi ra mắt máy tính điện đầu tiên. ENIAC có kích thước dài khoảng 25m và nặng 30 tấn, được sáng lập và lắp đặt bởi John Mauchly và J. Presper Eckert. Vào năm 1953, IBM đã phát triển một máy tính lớn hơn là IBM 701 và đã bán thành công khoảng 20 chiếc cho nhiều tổ chức chính phủ và quân đội.
Stretch là một siêu máy tính được IBM phát triển cho phòng thí nghiệm tại Los Alamos vào năm 1956. Khi đó, nó là thiết bị tính toán nhanh nhất trên toàn cầu cho đến khi CDC6600 được tung ra vào năm 1964. Với khả năng xử lý 3 triệu phép tính mỗi giây, CDC6600 đã vượt qua thành công Stretch.
Trong khoảng thời gian từ năm 1960 đến 1970, nhiều máy tính cao cấp đã được ghi nhận, bao gồm IBM 7030 Stretch, Hệ thống Nghiên cứu Nguyên tử Livermore (LARC) và máy tính Atlas của Đại học Manchester. Những máy tính này chủ yếu được sử dụng để nghiên cứu khí động học, dự báo thời tiết và hỗ trợ trong việc chế tác phi cơ, ô tô và tàu vũ trụ. Vậy, thời điểm nào là thời kỳ phát triển nhanh của các siêu máy tính?
Thời gian phát triển của các máy tính siêu việt tìm xác suất, mô hình giả lập 3 chiều cùng với sự phát triển của công nghệ xạ phóng đã xảy ra trong khoảng thời gian từ năm 1980 đến năm 2000. Sau đó, với sự tiến bộ của trí tuệ nhân tạo (AI), chúng được áp dụng trong các lĩnh vực như mã hóa và hạt nhân trong quân sự,… Vì vậy, sau khi hiểu rõ về máy tính siêu việt, chúng ta nhận thấy những ứng dụng rất lớn của nó.
Hiện nay trên toàn thế giới, những thiết bị tính toán tối ưu nhất đặt tại các quốc gia như Hoa Kỳ, Liên minh châu Âu, Nhật Bản và Trung Quốc. Trong số đó, Mỹ và Trung Quốc đang nắm giữ vai trò dẫn đầu trong cuộc đua này.
Đối tượng nào nên sử dụng siêu máy tính
Dành cho những nhà khoa học sử dụng Siêu máy tính, nếu bạn đã hiểu khái niệm về máy tính siêu việt. Các khái niệm liên quan đến nhà khoa học là khá phức tạp và rộng lớn. Tuy nhiên, bạn có thể tưởng tượng các nhiệm vụ mà nhà khoa học phải thực hiện, bao gồm việc tạo ra các mô hình mô phỏng phản ứng mặt trời, mô tả các hệ thống vật lý như động cơ máy bay, hệ thống mạch máu của con người hoặc khí hậu của Trái đất.
Những quyết định hay chính sách quan trọng thường được căn cứ trên các kết quả tính toán. Việc đưa ra những quyết định hay chính sách này có thể là một phần của nhiệm vụ của họ. Các kết quả tính toán phải rất chính xác trong trường hợp này. Siêu máy tính là một yếu tố hỗ trợ hiệu quả trong những nghiên cứu như vậy.
Mức độ quan trọng của siêu máy tính là gì?
Trong tất cả các lĩnh vực khoa học như dự báo thời tiết, khảo sát vũ trụ, khí hậu,… Công cụ siêu tính toán được áp dụng. Chuyên gia Chris Woodford của Explainthatstuff cho biết, về lý thuyết, thiết bị siêu tính toán có thể được sử dụng cho bất kỳ mục đích nào. Ngoài ra, siêu máy tính còn có tiềm năng trở thành biểu tượng mới của sức mạnh công nghệ.
Theo John Kelly, Phó chủ tịch cấp cao về nghiên cứu nhận thức và giải pháp của IBM, người sở hữu máy tính siêu việt hơn sẽ có khả năng thống lĩnh công nghệ. Các cá nhân có thể sử dụng nó để mô phỏng nhằm dự đoán tương lai, cũng như phát hiện những điều chưa biết trong lĩnh vực y học, khoa học, chăm sóc sức khỏe và vật liệu.
Kiến trúc, phần cứng và phần mềm của siêu máy tính là gì?
Kiến trúc
Dựa vào kỹ thuật tính toán đa luồng và tiết kiệm để đạt được hiệu suất tính toán cao, Seymour Cray đã thiết kế các dòng máy tính siêu mạnh đầu tiên. Bạn có hiểu kỹ thuật đa luồng tính toán của máy tính siêu mạnh là gì không? Nếu muốn tìm hiểu, bạn nên đọc phần này nhé.
Có hai phương pháp phổ biến để tính toán đồng thời, bao gồm sử dụng nhiều CPU để thực hiện một loạt các phép tính cụ thể và thực hiện toàn bộ tính toán đồng thời.
Công nghệ phân tán máy tính.
Kết nối nhiều thiết bị tính nhỏ trên khắp đất nước thành một hệ thống thông qua một thiết bị trung tâm (Nút điều khiển). Thiết bị chính có chức năng quản lý và phân công nhiệm vụ cho các thiết bị phụ xử lý.
Máy tính trung tâm.
Một dạng hệ thống máy tính (Máy tính tập trung) được hình thành bởi nhiều CPU đặt gần nhau, được xem như một thiết bị tính toán vượt trội. Những bộ vi xử lý này thường được sử dụng trong nhiều máy tính đồng loạt, chiếm trên 80% tổng số siêu máy tính trên toàn cầu. Do đó, để phân biệt với hình thức tính toán phân tán, khi đề cập đến máy tính siêu vi tính tập trung, bạn cần biết đó là loại máy tính siêu vi tính này.
Phần cứng
Trong những năm 1970, siêu máy tính chỉ sử dụng một số bộ xử lý như đã đề cập trước đó. Tuy nhiên, số lượng bộ xử lý của nó đã tăng lên hàng nghìn vào những năm 1990 và hiện nay, một siêu máy tính với hàng chục nghìn bộ xử lý được xem là thông thường.
Một cơ cấu to lớn được hình thành bằng cách kết hợp nhiều “nút” nhỏ trong các tổ hợp máy siêu. Mỗi nút đại diện cho một máy tính hoàn chỉnh với một hoặc nhiều bộ xử lý, nhiều thanh bộ nhớ, bộ xử lý đồ họa, hệ thống làm mát và một số linh kiện khác.
Bạn chắc chắn hiểu được tầm quan trọng của máy tính siêu vi tính đến từ sức mạnh tổng thể của tất cả các phần tử hoạt động cùng với nhau, được kết nối theo nhiều cách khác nhau, bao gồm sử dụng dây đồng hoặc cáp quang truyền thống để tăng khả năng truyền dữ liệu.
Trong các công nghệ siêu tính, các bộ nhớ cứng HDD và SSD thường không được lắp đặt trực tiếp trên thiết bị lưu trữ (DAS) mà thường được đặt trong một hệ thống lưu trữ SAN (mạng lưu trữ vùng) với kết nối mạng riêng và dung lượng lớn. Do đó, người sử dụng cần sử dụng các đĩa cứng để lưu trữ dữ liệu trong các hệ thống này.
Bộ xử lý đồ họa đa năng (GPGPU) cũng là một thành phần quan trọng khi tìm hiểu về phần cứng của siêu máy tính, bên cạnh CPU. Bộ phận này được sử dụng để gia tăng hiệu suất của các loại siêu máy tính. Mặc dù GPU thường được sử dụng để hiển thị hình ảnh và xử lý các tác vụ liên quan đến đồ họa, nhưng chúng cũng có thể xử lý dữ liệu và thực hiện một số tác vụ tương tự như CPU.
Thảo luận về việc áp dụng GPGPU để tăng cường hiệu suất của CPU đang được các nhà nghiên cứu quan tâm. Nhiều người cho rằng việc bổ sung GPGPU sẽ giúp máy tính siêu mạnh trở nên mạnh mẽ hơn và đạt kết quả kiểm định cao hơn. Tuy nhiên, để tận dụng tối đa sức mạnh của cấu trúc kết hợp này, cần đầu tư nhiều nỗ lực để điều chỉnh phần mềm phù hợp.
Phần mềm
Hệ điều hành Linux hiện nay đang được sử dụng rộng rãi trên các siêu máy tính, là lựa chọn hàng đầu của nhiều người dùng. So với Windows và BSD, Linux có thị phần cao hơn và được đánh giá là đáng tin cậy hơn. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về lý do vì sao Linux được ưa chuộng trong lĩnh vực này, có thể tham khảo bài viết trước đó về hệ điều hành Linux.
Các phương pháp lập trình đặc biệt thường được yêu cầu sử dụng để tận dụng tối đa hiệu suất ưu việt của các máy tính siêu việt do cấu trúc tính toán đồng thời của hệ thống. Ngoài ra, các giải pháp phần mềm mã nguồn mở như EBowulf cũng được áp dụng, kèm theo các chức năng API như MPI, VTL và PVM.
Các hệ thống cluster thường sử dụng môi trường PVM và MPI, trong khi đối với các hệ thống bộ nhớ chia sẻ, OpenMP là phương pháp phù hợp nhất. Để đạt được hiệu quả cao, thuật toán cần được tối ưu hóa đáp ứng yêu cầu của các máy tính đa nhân và đồ họa, và đảm bảo rằng mỗi tủ siêu máy tính hoạt động độc lập với các tủ khác.
Các hãng sản xuất siêu máy tính
Nếu bạn đang băn khoăn về các công ty sản xuất máy tính siêu việt là những công ty nào, hãy xem phần tiếp theo sau khi hiểu rõ về khái niệm máy tính siêu việt.
Ba tập đoàn hàng đầu trong lĩnh vực máy tính siêu việt hiện nay là IBM, HP và Cray. Tuy nhiên, hiện nay các tập đoàn công nghệ lớn như Dell, NEC, Intel, Lenovo, Fujitsu, Acer và Oracle cũng là những tập đoàn đang hoạt động trong thị trường này, như đã thấy.
Các loại siêu máy tính mạnh nhất trên thế giới
Khám phá các máy tính siêu mạnh hàng đầu trên toàn cầu và tìm hiểu những ưu điểm đặc biệt của chúng. Sau khi nắm vững khái niệm và tầm quan trọng của máy tính siêu mạnh, hãy bắt đầu khám phá chúng ngay nhé.
Lassen (18,2 petaflop)
Đây là phiên bản chưa được phân loại của Sierra. Tốc độ của thiết bị này nhanh hơn tốc độ tối đa được ghi nhận vào mùa thu năm ngoái, là 15,4 petaflop. Nó được thiết kế với kiến trúc IBM Power9 / NVIDIA V100 GPO.
SuperMUC-NG Super (19,5 petaflop)
Siêu máy tính mới nhất của Trung tâm siêu điện toán Leibniz của Đức là SuperMUC, hiện đang hoạt động trên hệ thống máy chủ IBM iDataPlex với công nghệ InfiniBand tiên tiến để hỗ trợ 147.456 nhân xử lý và có bộ nhớ RAM lên tới 300TB.
Al Bridging Cloud Infrastructure (19,9 petaflop)
Nếu bạn đang tìm kiếm thông tin về siêu máy tính, hãy không bỏ qua chiếc máy này. Được lắp đặt tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Quốc gia Nhật Bản, máy tính này được Fujitsu thiết kế với máy chủ Primergy CX2550 và được trang bị bộ xử lý Xeon Gold và GPU Nvidia Tesla V100, tiết kiệm năng lượng tối đa. Với khả năng xử lý 19,9 petaflop và hiệu suất năng lượng 12,05 gigaflop mỗi watt, đây là một trong những máy tính siêu việt nhất hiện nay.
Trinity (20,2 petaflop)
Được đạt tốc độ tối đa 20,2 triệu tỷ phép tính mỗi giây, Trinity là một máy tính siêu tốc Cray XC40 được điều hành bởi Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos và Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia.
Công nghệ siêu tính này được trang bị bởi bộ xử lý mạnh mẽ Intel Xeon và Xeon Phi, được đặt tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Đây là một trong những thiết bị tính toán có hiệu suất năng lượng cao, đạt 3.678 gigaflop trên mỗi watt. Nếu bạn đang quan tâm đến công nghệ tính toán tiên tiến, chắc chắn sẽ thấy thú vị khi tìm hiểu về siêu tính toán này.
Piz Daint (21,2 petaflop)
Được đặt tại Trung tâm Siêu máy tính Quốc gia Thụy Sĩ (CSCS) ở Lugano, siêu máy tính Piz Daint vẫn là hệ thống hiệu suất cao nhất châu Âu, được trang bị hệ thống Cray XC50 với bộ vi xử lý Intel Xeon và bộ xử lý đồ họa NVIDIA Tesla P100, có khả năng xử lý 21,2 petaflop.
Frontera (23,5 petaflop)
Cài đặt tại Trung tâm Máy tính tiên tiến Texas thuộc Đại học Texas, Frontera là một hệ thống máy tính siêu việt mới hơn các hệ thống tương tự khác. Nó được trang bị bộ xử lý Intel Xeon Platinum 8280 và có hiệu suất tối đa là 23,5 petaflop/HPL.
Milky Way 2A (61,4 petaflop)
Trung Quốc đã thành công trong việc phát triển hệ thống Milky Way 2A, một siêu máy tính được đặt tại Trung tâm Siêu máy tính Quốc gia ở Quảng Châu. Với sự hỗ trợ của Intel Xeon E5-2692v2 và Matrix-2000, hệ thống này sử dụng gần 5 triệu lõi để cung cấp năng lượng. Hiệu suất tối đa của nó là 61,4 petaflop và hiệu suất năng lượng là 3,325 gigaflop/watt. Để tìm hiểu thêm về ứng dụng của siêu máy tính Milky Way 2A, có thể tham khảo trên các diễn đàn về công nghệ khoa học.
Sunway TaihuLight (93 petaflop)
Được đặt tại Trung tâm Siêu máy tính Quốc gia Vô Tích tại Trung Quốc, thiết bị siêu tính này có khả năng xử lý HPL lên đến 93 petaflop mà không cần sử dụng bất kỳ vi mạch gia tốc nào. Thay vào đó, nó sử dụng 40.960 bộ xử lý Sunway 26010, mỗi bộ có 260 lõi. Đáng chú ý là, hiệu suất năng lượng của máy tính này là 6.051 gigaflop/watt.
Sierra (94,6 petaflop)
Sierra được IBM thiết kế để phục vụ cho Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore tại California với công nghệ siêu máy tính. Điểm đặc biệt của nó là sở hữu 1.572.480 lõi sử dụng bộ xử lý IBM Power9 và 1.382.400 lõi được tăng tốc bởi bộ Nvidia Volta GV100. Sierra vẫn duy trì hiệu suất ổn định ở mức 94,6 petaflop.
Summit (187,66 petaflop)
Với 2.282.544 lõi IBM Power9 và 2.090.880 lõi Nvidia Volta GV100, hệ thống siêu máy tính này cung cấp 148,6 triệu tỷ phép tính trên giây cho Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge của Bộ Năng lượng Mỹ. Hiệu suất cao nhất trên lý thuyết của Summit là 187,66 triệu tỷ phép tính trên giây và hiệu suất năng lượng của nó là 11.324 tỷ phép tính trên giây trên mỗi watt tiêu thụ năng lượng.
Ứng dụng của siêu máy tính là gì?
Đây là một vài ứng dụng cần lưu ý khi được hỏi về chức năng của siêu máy tính, chẳng hạn như thế.
Siêu máy tính có những đặc điểm gì khác so với máy tính thông thường?
Máy tính thông thường
Để người dùng bình thường có thể sử dụng dễ dàng, máy tính thông thường được thiết kế với một hệ điều hành đầy đủ và giao diện thân thiện. Điều này cho phép họ truy cập nhanh chóng đến các tài liệu, video, hình ảnh và các phương tiện khác. Bên cạnh đó, người dùng có thể tùy chỉnh các thông số của hệ thống bằng cách tham khảo các hướng dẫn và chú thích được cung cấp trên hệ điều hành. Tuy nhiên, máy tính thông thường hiện nay chỉ được trang bị một chip xử lý chính.
Hãy ghé thăm siêu máy tính để tìm hiểu sự khác biệt giữa máy tính thông thường và siêu máy tính. Tiếp theo nào.
Siêu máy tính
Thông thường, máy tính siêu cao được tạo ra bằng cách kết hợp nhiều khối máy tính để tạo thành một hệ thống thống nhất. Nó được dùng trong những lĩnh vực yêu cầu tính toán phức tạp như khoa học, vật lý và toán học. Ngày nay, các hệ thống siêu cao thường gồm hàng trăm máy tính nhỏ khác nhau, mỗi máy tính có cấu hình cực mạnh.
Đơn vị đo sức mạnh của siêu máy tính là gì? Sức mạnh của hệ thống siêu máy tính được đánh giá bằng FLOPS (Floating-point Operations Per Second – số lượng phép tính dấu chấm động thực hiện trong một giây). Hiện nay, sức mạnh của một siêu máy tính có thể đạt đến 33,86 petaFLOPS, so với vài chục gigaFLOPS trên máy tính thông thường.
Lời kết
Bài viết trên đã trình bày khái niệm về siêu máy tính và giải thích tại sao chúng có tầm quan trọng. Hy vọng thông tin trong bài viết này sẽ hữu ích cho bạn. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, hãy để lại bình luận ở dưới để được giải đáp. Đừng quên ghé thăm Máy Chủ Sài Gòn thường xuyên để cập nhật các bài viết mới nhất. Nếu bạn cần hỗ trợ, vui lòng liên hệ Hotline: 0976.638.715 hoặc Email: [email protected].
Đăng nhập
Tôi là Nguyễn Văn Sỹ có 15 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế, thi công đồ nội thất; với niềm đam mê và yêu nghề tôi đã tạo ra những thiết kếtuyệt vời trong phòng khách, phòng bếp, phòng ngủ, sân vườn… Ngoài ra với khả năng nghiên cứu, tìm tòi học hỏi các kiến thức đời sống xã hội và sự kiện, tôi đã đưa ra những kiến thức bổ ích tại website nhaxinhplaza.vn. Hy vọng những kiến thức mà tôi chia sẻ này sẽ giúp ích cho bạn!