Điện toán exascale – máy tính một tỉ tỉ phép tính mỗi giây

Kế hoạch từ sự bùng nổ thông tin

Theo ông Skaugen, việc đạt được mức hiệu năng exascale trong tương lai không những đòi hỏi nỗ lực hợp tác giữa ngành công nghiệp này với các chính phủ mà còn cần có nhiều hướng tiếp cận tiên phong bởi kiến trúc đa nhân tích hợp của Intel (Intel MIC).

Kế hoạch này xuất phát từ sự bùng nổ của khối lượng thông tin được chia sẻ trên Internet, cũng như việc tìm giải pháp cho các xu hướng trên thị trường… mà chỉ những siêu máy tính có hiệu năng ngày một cao đáp ứng được.

“Mặc dù các dòng CPU Intel Xeon vẫn được dùng trong các siêu máy tính lọt vào danh sách TOP5000 siêu máy tính nhưng Intel đang mở rộng sang mảng máy tính hiệu năng cao hơn bằng cách tiến tới ranh giới tiếp theo của kiến trúc đa nhân tích hợp dành cho petascale và exascale trong tương lai”, ông Skaugen, nói.

Kỷ nguyên mới của máy tính

Theo ông Skaugen, hành trình theo đuổi định luật Moore’s (tăng gấp đôi số lượng bóng bán dẫn trên CPU sau mỗi 2 năm để tăng cường chức năng và hiệu năng, đồng thời giảm chi phí) của Intel cùng với những phầm mềm sáng tạo, hiệu quả cao và khả năng mở rộng hệ thống vượt bậc là những yếu tố chủ chốt để chuyển từ máy tính petascale sang một kỷ nguyên mới của máy tính exascale.

Ông này cho tiết lộ thêm, bước chuyển mình này cũng kéo theo việc tăng mức tiêu thụ điện năng; chẳng hạn siêu máy tính Tianhe-1A nhanh nhất hiện nay ở Trung Quốc cần hơn 1.6 GW điện để đạt được hiệu năng exascale, khối lượng đủ để cung cấp điện cho 2 triệu hộ dân; do đó, mức tiêu thụ điện năng là một thách thức rất lớn.

Để giải quyết khó khăn này, Intel và các nhà nghiên cứu ở Châu Âu đã thành lập 3 phòng thí nghiệm tại châu Âu với 3 mục tiêu: xây dựng một đối tác lâu dài ở châu Âu, tận dụng những kết quả nghiên cứu máy tính hiệu năng cao (HPC) của châu Âu, và khả năng tăng trưởng theo cấp số nhân của ngành khoa học máy tính, cơ khí và điện toán chiến lược. Một trong những mục tiêu kỹ thuật chính của các phòng thí nghiệm này là tạo ra các ứng dụng mô phỏng để tìm cách giải quyết vấn đề về hiệu điện năng khi chuyển sang hiệu năng exascale.

Ông Skaugen cho biết, thị trường HPC có tiềm năng rất lớn. Trong khi các siêu máy tính từ thập niên 80 chỉ cho hiệu năng GigaFLOP/s (vài tỉ điểm nổi hoạt động trong một giây) thì chiếc máy mạnh nhất hiện nay đã tăng con số này lên gấp vài triệu lần. Điều này kéo theo nhu cầu về những CPU sử dụng trong các siêu máy tính.

Intel hi vọng, đến năm 2013, 100 siêu máy tính hàng đầu thế giới sẽ dùng 1 triệu CPU; đến năm 2015, con số này sẽ tăng gấp đôi, và đạt tới con số 8 triệu vào cuối thập kỷ. Hiệu năng của hệ thống đứng đầu trong TOP 500 ước lượng đạt tới 100 PetaFLOP/s vào năm 2015, và sẽ phá vỡ rào cản 1 ExaFLOP/s vào năm 2018. Dự đoán, vào cuối thập kỉ, hệ thống nhanh nhất trái đất có thể cung cấp hiệu năng tới hơn 4 ExaFLOP/s.

Lộ trình phát triển

Kiến trúc Intel MIC là sự bổ sung cho những sản phẩm hiện có, CPU Intel Xeon, và có thể sẽ giúp Intel dẫn đầu kỷ nguyên điện toán exascale. Sản phẩm Intel MIC đầu tiên với tên mã “Knights Corner” sẽ sản xuất theo công nghệ 22 nnm.

Tại triển lãm ISC, Intel và một vài đối tác, trong đó có Forschungszentrum Juelich (Trung tâm Siêu máy tính Leibniz - LRZ), CERN và Viện khoa học và CNTT Hàn Quốc (KISTI), đã giới thiệu những kết quả họ đạt được với nền tảng “Knight Ferry” như cấp cả hiệu năng và những thuận lợi để lập trình phần mềm.

“Lợi ích về mặt lập trình của kiến trúc Intel MIC cho phép chúng ta điều chỉnh các ứng dụng chạy trên CPU Intel Xeon sao cho tương thích với nền tảng phát triển phần mềm Knights Ferry. Việc này ban đầu được phát triển và tối ưu hóa cho CPU Intel Xeon, sau đó cho cả kiến trúc Intel MIC - chỉ trong vòng vài giờ để đạt được hiệu năng trên 650 GFLOP/S”, giáo sư Arndt Bode thuộc trung tâm Siêu máy tính Leibniz, cho biết.

Intel cũng đã giới thiệu nền tảng máy chủ và máy trạm của các hãng SGI, Dell, HP, IBM, Colfax và Supermicro. Tất cả đều đang hợp tác với Intel để lên kế hoạch cho những sản phẩm dựa trên “Knights Corner”.