Lên mạng 16/8/2011
Theo dõi tiến bộ ở ngành điện tóan- computing:
Máy computer kích thước exa - 1018
G S Tôn thất Trình
Tháng 10 năm 2010, máy siêu computer – supercomputer Tianhe ( Thiên Hà ? ) -1A đã chiếm chức vị là máy siêucomputer mạnh nhất thế giới, có khả năng 2.5 petaflop, có nghĩa là máy có thể làm 2.5 x 1015 ( 1015 = quadrillion) bài tóan( tính ) một giây đồng hồ ). Một flop là điểm thả nổi bài tóan mỗi giây, một đo lường tiêu chuẩn của sức lực làm tóan - computing power. Có thể Tianhe- 1A không giữ chức này được lâu đâu, vì lẽ IBM nói rằng máy khổng lồ Sequoia 20 – petaflops sẽ đến đường trực tuyến – online năm 2012 .
Nhìn xa hơn, các kỷ sư đặt cái nhìn cao hơn nữa, trên những computers 1000 lần mau lẹ hơn Tianhe -1A, có cơ làm mô hình khí hậu tòan cầu với mức độ chính xác chưa bao giờ có, bắt chước các tương tác phân tử - molecular interactions, và theo dấu các họat động khủng bố . Những máy như vậy sẽ họat động ở vương quốc gọi là kích thước exa ( exascale, exa = 1018 ) làm ra một quintillion ( 1018 ) tính tóan một giây .
Rào cản lớn nhất cho siêu - siêu computer là năng lượng. Ngày nay, các máy siêu computer tiêu thụ 5 megawatts ( mega = một triệu hay 106 ) = 5000 kilowatts- kw điện . Các computer exa xây dựng lên theo cùng những nguyên tắc này, sẽ nuốt mất chừng 100 đến 500 megawatts , nghĩa là mức tiêu thụ điện của một thị trấn Hoa Kỳ nhỏ. Theo giá hiện thời, riêng chỉ biên lai tiền điện cho một máy này, đã có thể là 500 triệu đô la Mỹ một năm, theo lời Richard Murphy, kiến trúc sư computer LaBô Quốc Gia Hoa Kỳ Sandia.
Hầu tránh tương lai không mong muốn này, Murphy đang lảnh đạo một trong 4 nhóm phát triễn những siêu computer hửu hiệu năng lượng cho chương trình Tính tóan Hửu hiệu Cao Có mặt Khắp nơi – Ubiquitous High- Performance Computing do Cơ quan Khảo Cứu Tân tiến bộ Quốc phòng Hoa Kỳ - DARPA tổ chức. Cuối cùng, DARPA hy vọng đem sức lực computer này ra ngòai các cơ sở không lồ, tới các chiến dịch quân sự, có lẽ đặt vào các máy bay phản lực chiến đấu hay ở xắc mang vai sau lưng các lính Lực lượng Đặc Biệt .
Chương trình khởi sự năm ngóai, thách thức các nhà khoa học xây dựng một computer petraflop , năm 2018, chỉ tiêu thụ không qúa 57 kw( kilowatts) điện; nói một cách khác máy này phải chạy 40 % tốc độ mau lẹ của máy vô địch hiện hửu, nhưng chỉ dùng 1% điện mà thôi. Nhóm nào sống sót các giai đọan họa kiểu đầu tiên, bắt chước – simulation và xây dựng kiểu mẩu đầu tiên, có thể nhận cơ hội xây dựng một siêu computer kích thước đầy đủ cho DARPA. Muốn thắng cuộc, sẽ cần phải suy nghĩ lại tòan thể họa kiểu computer. Hầu như mọi điều một computer qui ước đều liên hệ đến lôi kéo dữ liệu giữa các chips bộ nhớ- memory và vi xử lý – processor ( hay các vi xử lý tùy máy ). Vi xử lý mang theo mã số chương trình cho công tác, tỉ như chọn lọc email và làm tính bảng chia cột – spreadsheet bằng cách vẽ ra, dùng những dữ liệu tồn trử trong bộ nhớ . Năng lượng cần thiết cho sự trao đổi này có thể xử lý được khi nhiệm vụ nhỏ bé - nghĩa là vi xử lý cần kiếm đem về ít dữ liệu từ bộ nhớ . Tuy nhiên, các siêu computer dùng sức để chạy một thể tích dữ liệu lớn hơn - chẳng hạn là mô hình một hợp nhất cho hai lỗ đen – black holes, thì yêu cầu năng lượng có thể trở thành quá tràn ngập. Murphy nói : “ Mọi chuyện đều là di chuyễn dữ liệu”.
Các nhà tranh đua chia sẽ một chiến lược căn bản, làm sao cho sự tiến tới và đi lui này hửu hiệu hơn. Kỷ thuật này có tên là kiến trúc phân phối – distributed architecture ( nghĩa là một hệ thống computer vi xử lý đa lòai - multiprocessor computer system , trong đó mỗi vi xử lý có một bộ nhớ chips riêng cho mình) làm ngắn lại các khỏang cách dữ liệu phải du hành, bằng cách trang bị mỗi vi xử lý với một lọat các chips bộ nhớ riêng mình. Chúng cũng sẽ hội nhập những họa kiểu tương tự để theo dõi dùng năng lượng .
Ngòai ra, các nhóm sẽ đeo đuổi những dự án trò chơi khác nhau. Theo nhà lảnh đạo dự án Intel, Wilfred Pinfold “ có sự cạnh tranh cũng như có sự cộng tác và sẽ không phải chỉ có một giải đáp duy nhất đâu”.
Cố gắng Sandia National Laboratory mệnh danh là X-caliber , sẽ cố tâm giới hạn hơn nữa cách sóc sách dữ liệu với điều gọi là bộ nhớ thông minh – smart memory ( nghĩa là một dạng tồn trữ dữ liệu với những khả năng tính tóan riêng mình. Bộ nhớ như vậy sẽ làm giảm yêu cầu di chuyễn dữ liệu đến một vi xử lý ), một dạng tồn trữ dữ liệu với khả năng xử lý thô sơ. Thực hiện những tính tóan đơn giản, không di chuyễn dữ liệu ra khỏi bộ nhớ, tiêu thụ một mức năng lượng ít hơn các siêu computer ngày nay. Murphy nói: “ Chúng tôi di chuyễn công tác đến dữ liệu thay vì di chuyễn dữ liệu đến nơi xảy ra tính tóan”,
Dự án Intel, tên gọi là Runnemede, đang vắt thêm hửu hiệu từ hệ thống mình , sử dụng những kỷ thuật sáng tạo giảm chọn lọc hay tắt điện, qua các thành phần cá nhân, theo lời Josep Torrellas, một nhà khoa học computer viện đại học Illinois, cũng là một nhà kiến trúc trong nhóm. Ông và các đồng nghiệp đang họa kiểu chips có chừng 1000 vi xử lý xếp đặt thành nhóm, mà điện thế có thể kiểm sóat độc lập, cho nên mỗi nhóm chỉ nhận những gì nhóm cần thiết một lúc nào đó.
NVIDIA nhà làm chip đồ biểu dẫn đạo một điểm tựa khảo cứu thứ ba, tên gọi là Echelon, xây đắp trên khả năng của hảng làm chips xử lý đồ biểu này. Những vi xử lý như thế chỉ tiêu thụ có 1/7 năng lượng cho mỗi chỉ thị của vi xử lý qui ước, theo lời Stephen Keckler, giám đốc kiến trúc. Các chips đồ biểu thi hành hửu hiệu ngay những bài tính tóan, ngược hẳn những vi xử lý truyền thống thực hiện một lần một, càng mau càng hay nếu có thể được. Nhóm Echelon dự tính phối hợp các vi xử lý đồ biểu với các vi xử lý tiêu chuẩn để cho các computer của nhóm có thể lựa chọn tự động phối hợp nào thích nghi nhất cho nhiệm vụ đang thi hành.
Cuối cùng , dự án Angstrom , tọa lạc ở MIT, đang cố tạo ra một máy computer tự mình điều chỉnh trên bộ phận ( điều chỉnh ) để giảm bớt sử dụng năng lượng. Hệ thống chạy qua một tiến trình tìm kiếm, hầu làm tối hảo các xếp đặt tỉ như các con số vi xử lý đang dùng, theo lời Anant Agarwal , nhà khoa học computer MIT, trưởng dự án. Đầu tiên ở việc tính tóan, cần phải có đủ khả năng tự động lựa chọn algorithms căn cứ trên hiệu năng chúng, theo lời Agarwal. Tự điều hòa này cốt giúp cho đời sống các kỷ sư phần mềm – software engineers dễ dàng hơn, khi họ dùng máy. Agawall nói thêm : “ Những phương thức khác thường đòi hỏi các lập trình viên – programmers lo âu về tối ưu hóa hiệu năng cùng lúc với năng lượng dùng, thường rất khó làm.
Dù rằng thách thức DARPA tụ điểm trên các siêucomputer , kỷ thuật nó sinh sản ra sẽ khuấy động tòan ngành công nghệ, dọn đường tới các trung tâm dữ liệu, các computer tự vận động - automotive và các điện thọai tế bào. Ngày nay, các máy để bàn- desktops
cạnh tranh với các siêu computers cuối thập niên 1980. Năm 2020, chúng ta có thể thấy dùng máy để đùi – laptops họat động tốt đẹp hơn Tianhe-1A nữa đó. Nếu như 4 nhóm phát triễn siêu hửu hiệu DARPA thành công, chúng ta có thể để lại nhà, ngay cả các bình sạc điện - chargers !
( Theo Eric Smalley, tạp chí Khám Phá –Discover số tháng 7- 8, 2011 )
( Irvine, Ca Li, ngày 14 tháng 8 năm 2011 )
