điện tóan

 Theo dõi tiến bộ ở ngành điện tóan- computing:

Máy computer kích thước exa - 10¹⁸

                                     G S Tôn thất Trình

Tianhe của Trung Quốc

Tháng 10 năm 2010,  máy siêu computer – supercomputer  Tianhe ( Thiên Hà ? ) -1A  đã chiếm  chức vị  là máy siêu computer 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 .

Sequoia 20

          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 )