Công nghệ Siêu tính và Việt Nam đặt chân vào Bản đồ Siêu tính thế giới

Hiện nay một máy/hệ thống Siêu tính phải có tốc độ bắt đầu là 1 ngàn tỷ phép tính/giây ( 10 ¹²phép tính/giây; 1 teraflops). Một vài máy Siêu tính (Supercomputer) hiện nay có tốc độ đến vài chục petaflops(1 petaflops là 1 triệu tỷ hay 10 ¹⁵phép tính/giây). Cũng cần nói rằng 10 MST nhanh nhất, sức mạnh nhất Thế giới trong những năm gần đây thì Mỹ sở hữu 9 cái, Âu châu sở hữu 1 cái!

Các MST sử dụng hệ điều hành(OS) UNIX(Cray sử dụng UNICOSlà Cray UNIX) và ngày nay có thêm Linuxvì tính bảo mật, an toàn, ổn định và hiệu quả của hệ điều hànhnày. Cũng cần nói rằng UNIXra đời trước hệ điều hành Windownhiều năm.

Ai chế tạo Máy Siêu tính?

Có 3 công ty chế tạo MST nổi tiếng Thế giới của Mỹ là Cray, SGI và IBM gần như chiến lĩnh hoàn toàn thị trường MST của Mỹ và Thế giới. Công ty Cray chế tạo MST đầu tiên cho nước Mỹ và Thế giới từ cuối những năm 70 của Thế kỷ trước. Chàng khổng lồ Siêu tính Cray có bề dày kinh nghiệm 30-40 năm chế tạo MST và là Công ty Siêu tính duy nhất chỉ chuyên chế tạo MST. SGI nổi tiếng với các máy SGI workstations và vào thị trường MST Thế giới muộn hơn với các máy “Siêu tính nhỏ”. Người khổng lồ IBM nổi tiếng với các máy tính xách tay (Laptop), máy tính cá nhân (PC), workstation và cả MST IBM.

“Bột vào Rác ra” hay “Bột vào Bánh ra”?

Trong Khoa học Tính toán luôn có hai “thành ngữ” trên. Trong việc giải quyết những vấn đề tính toán phức tạp, khi mà ta có tất cả đầu vào tốt, kể cả phần mềm ứng dụng “Siêu đẳng” và ta có chuyên gia giỏi nhưng thiết bị yếu kém thì ta đã làm một việc cho “ bột vào rác ra”!  Trong trường hợp này, ta nhận được lời giải “ rác” và không thể sử dụng lời giải “ rác” được! Một ví dụ đơn giản như khi ta chụp hình kỹ thuật số với máy ảnh có độ phân giải quá thấp thì hình ảnh nhận được là “r ác” vì ta không thể nhận hình ảnh chất lượng tốt. Tương tự như vậy, đối với những tính toán phức tạp và cần tính toán với độ chính xác và độ phân giải cao thì máy PC hay Workstations (dù cho có nối rất nhiều PC hay workstations) chỉ cho lời giải “rác”! Ngay cả khi ta giả sử rằng PC hay workstations tính toán với độ phân giải nào đó và với sai số ta chấp nhận được, nhưng phải tính quá lâu thì lời giải vẫn là “rác” vì nó trở nên không sử dụng được! Ví dụ chúng ta cần dự tính, dự báo thời tiết, bão, lũ, lụt, nước dâng trong bão, sóng thần, động đất v.v. hay bất cứ hiện tượng thiên nhiên nguy hiểm nào cho ngày mai hay một vài ngày tới mà chúng ta cần phải tính trên PC hay Workstation (kể cả khi ta nối rất nhiều máy với nhau) mất 10 ngày hay hơn nữa, thì lời giải đó vẫn là “rác” theo nghĩa không dùng được! Để có “ bột vào bánh ra”, ngoài đầu vào tốt, phần mềm tốt, chuyên gia giỏi ta phải có thiết bị tính toán tốt và lời giải nhận được sẽ là lời giải ta mong muốn! Và Siêu tính trong trường hợp này là giải pháp duy nhấtđể nhận được “ bột vào bánh ra”!

Ai cần siêu tính?

Ngày nay, CN siêu tính (Supercomputing/HPC) được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kinh tế, quốc phòng và đặc biệt là sản xuất, trong đó có thủy lợi, thủy điện, dự báo thời tiết, bão, lũ, cháy rừng, khí hậu, khai thác dầu khí, khai mỏ, đóng tàu, thiết kế, xây dựng cầu đường, năng lượng, tài chính (Financial Services), chứng khoán, Chính phủ Điện tử, giáo dục ĐH và trên ĐH ở tất cả các nước phát triển và rất nhiều nước đang phát triển. Đây cũng là môt ngành KHCN cao “anh em” với tin học và phát triển nhanh chóng như tin học! Công nghệ Siêu tính đặc biệt cần thiết và quan trọng trong các ngành Toán Ứng dụng và Kỹ thuật công nghệ (Engineering), các ngành KH CN nói chung trong đó có khoa học trái đất, khoa học về cuộc sống (như sinh-hóa-y-dược),  kinh tế và quốc phòng… CN Siêu tính đặc biệt quan trọng trong mô hình toán-máy tính (Modeling)/mô phỏng, tính toán, dự tính/dự báo thời tiết, bão, khí hậu, lũ, lụt, nước dâng, cháy rừng, động đất, sóng thần; Các nghiên cứu, tính toán môi trường và dự báo biển trong đó có hoàn lưu nước, truyền âm trong nước biển, thủy triều, sóng, nước dâng, sóng thần và ô nhiễm…v.v.

Siêu tính để bàn hay Siêu tính cá nhân?

Một bước ngoặt cách mạng vô cùng quan trọng trong công nghệ (CN) chế tạo MST là tháng 8/2008, “Chàng khổng lồ” Siêu tính Cray chế tạo ra máy “Siêu tính để bàn”/ “Siêu tính cá nhân” Cray CX1 (xem hình dưới. Nguồn: Web Cray) dựa trên kinh nghiệm hơn 30 năm trong CN chế tạo MST cũng như sự kết hợp tài tình của công nghệ chế tạo chips mới của Intel và bước ngoặt cách mạng trong thiết kế vSMP sử dụng phần mềm ScaleMP, cùng với kỹ thuật làm giảm độ nóng của máy, giảm tiếng ồn và tiết kiêm điện năng.

Với công nghệ GPU (Graphic Processing Unit, tương ứng với công nghệ CPU) kết hợp với công nghệ CPU truyền thống cho phép sử dụng processors nhiều lõi cùng với kỹ thuật phần mềm Tesla với CUDA đưa CN tính toán sử dụng kỹ thuật song song đến mức siêu đẳng trong CRAY CX1. Cần nhấn mạnh rằng thiết kế “vSMP” sử dụng phần mềm ScaleMP (hình 1) cho Cray CX1 ưu điểm của MST “khổng lồ” (với giá chế tạo máy rất cao!); nghĩa là ScaleMP kết hợp với phần cứng trong CX1 biến Cray CX1 thành một MST “ảo” (virtual machine) có bộ nhớ tổng thể (global/share memory) sử dụng một hệ điều hành (OS) thống nhất cho tất cả các blades/nodes (máy thành viên).

Thiết kế “bộ nhớ” tổng thể (global) có tốc độ và hiệu quả tính toán siêu đẳng (giá vận hành, bảo trì, bảo dưỡng và lập trình thấp hơn nhiều), mặt khác Cray CX1 cũng có ưu điểm của các máy siêu tính “bó” (HPC cluster) là giá chế tạo máy thấp. Máy siêu tính “bó” có thiết kế bộ nhớ địa phương (local) sử dụng nhiều hệ điều hành (multi-OS) nên hiệu quả tốc độ và tính toán song song phức tạp hơn, tốn kém hơn và hiệu quả thấp hơn và chi phí cho bảo trì bảo dưỡng, lập trình tốn kém hơn nhiều so với Cray CX1.

Như vậy, với thiết kế “vSMP” sử dụng phần mềm ScaleMP, Cray CX1 cho hiệu quả tính toán, sử dụng cao nhất trong các MST hiện tại so với tổng chi phí các loại (hiệu quả tốt nhất so với chi phí)! Cũng cần nhấn mạnh rằng Cray CX1 là hệ thống Siêu tính duy nhất trong ngành công nghiệp chế tạo máy Siêu tính gắn kết hiệu năng tính toán, xử lý đồ họa và khả năng lưu trữ trong một khối, tích hợp trong “tủ vỏ” máy đặt trong văn phòng. Lợi điểm này cho phép gia tăng sự linh hoạt trong sử dụng. Ví dụ như khả năng đồ họa cao cấp của hệ thống có thể cắt bỏ bớt đi cho một “trạm” làm việc riêng lẻ.

Trong khi chế tạo MST Cray CX1, công ty Cray cùng với Công ty phần mềm Microsoft cho ra hệ điều hành HPC Window2008cho MST Cray CX1. Như vậy, Cray CX1 có thể chạy cả với nhiều hệ điều hành như Red Hat LinuxROCK+ (cùng một số hệ điều hành mở như CentOS v.v.) và HPC Window2008.

Ở đây cần nhấn mạnh rằng MST Cray CX1 là lựa chọn lý tưởng cho một nhóm chuyên gia nghiên cứu/quản lý/sản xuất hay cho cả khoa ở đại học, viện KH CN, ngân hàng, cơ sở sản xuất và quản lý, trung tâm thông tin và dữ liệu… Một ưu điểm vượt trội nữa của Cray CX1 là vận hành, bảo trì và lập trình dễ dàng hơn, đơn giản hơn, và hiệu quả tốc độ, tính toán cao hơn, ít tốn kém hơn để là một MST “để bàn/cá nhân”. Và quan trọng hơn nữa, với Cray CX1, người sử dụng không cần phải biết lập trình phức tạp, hay cần một phòng riêng biệt lớn để đặt máy, một nhón chuyên viên IT giỏi để vận hành, bảo trì hay bảo dưỡng! Các cá nhân hoặc một nhóm sử dụng có thể dễ dàng tự vận hành và bảo trì hệ thống và máy Cray CX1 có thể đặt ngay bên cạnh bàn làm việc. Vừa mới đây tháng 3 năm 2010 Cray CX1 có thể gia nhập đẳng cấp MST “khổng lồ” khi đạt tới vận tốc petaflops(10 ¹⁵hay triệu tỷ phép tính/giây).

Siêu tính Cray CX1 đầu tiên tại Việt Nam (Cty Apsin) và Đông Nam Á - Nguồn: APSIN.

Việt Nam đặt chân vào bản đồ công nghệ siêu tính thế giới

Công ty Khoa học Ứng dụng Quốc tế (APRIN) và Công nghệ Siêu tính?

Công ty Khoa học Ứng dụng Quốc tế ( Applied Science International, APSIN, www.APSIN.net) là  Công ty Cổ phần về các lĩnh vực KH CN biển, khí quyển & môi trường hiện đại (State-of-the-art) và công nghệ Siêu tính. Ở đây cần nhấn mạnh rằng nếu không có MST và CN Siêu tính thì CN biển, khí quyển & môi trường trở về CN của những năm tháng xưa cũ của Thế kỷ trước và không thể nào đáp ứng được các yêu câu đòi hỏi của phát triển của kinh tế và quốc phòng hiện đại! Công ty APSIN không những có chức năng nghiên cứu, chuyển giao công nghệ, tư vấn về các KH CN nói trên mà còn có thêm chức năng làm đại lý, đại diện, kinh doanh và chuyển giao MST và CN Siêu tính cả phần cứng lẫn phần mềm trong đó có phần mềm ứng dụng.

Đó cũng là lý do tại sao công ty APSIN (www.apsin.net) đã cố gắng mua MST Cray CX1 và ký được hợp đồng với “người khổng lồ” siêu tính của thế giới, công ty APSIN làm đại diện độc quyền ở Việt Nam và sắp tới là cả các nước Đông Nam Á (trừ Malaysia và Singapore) cho MST Cray CX1.

Hiện nay, MST Cray CX1 đầu tiên của Việt Nam và Đông Nam Á (thứ 4 ở châu Á) mà công ty APSIN sở hữu đã có mặt ở Việt Nam và đang được sử dụng chạy các phần mềm quan trọng, phức tạp nhất trong các ngành CN biển, khí quyển và môi trường.

Hiện tại, MST Cray CX1 của công ty APSIN có đầy đủ các phần mềm hiện đại nhất cho quản trị máy và tính song song trong đó có ScaleMP, RedHat Linux ROCKS+, MPI, OpenMP…. Quan trọng hơn nữa, APSIN đang hình thành đội ngũ chuyên gia siêu tính và khoa học tính toán người Việt và người nước ngoài cùng làm việc.

Công ty APSIN là độc quyền phân phối MST Cray CX1 và chuyển giao CN, bảo trì, bảo hành máy (trong 3 năm) cho MST Cray. APSIN chuyển giao CN cho khách hàng cả về các phần mềm hệ điều hành và phần mềm nâng cấp cho tính song song trong đó có Red Hat Linux, ROCK+, OpenMP, MPI, ScaleMP… và HPC Window2008 cũng như chuyển giao, tư vấn, nâng cấp cả về phần mềm ứng dụng trong đó có cả việc chạy phần mềm ứng dụng hiệu quả nhất cho khách hàng.

Làm chủ CN Siêu tính? Với việc Cty APSIN là đại diện chính thức độc quyền (CRAY Authorized Reseller) ở Việt Nam cho MST Cray CX1 trong đó có chuyển giao CN, bảo hành bảo trì, nâng cấp, tư vấn cả phần cứng và phần mềm kể cả phần mềm ứng dụng, đồng nghĩa với việc Việt Nam đặt được bước chân đầu tiên vào bản đồ siêu tính thế giới. Cũng cần thấy rằng Việt Namhiện là một trong vài nước (Việt Nam , Đại Hàn, Ấn Độ, gần đây có thêm Trung Quốc và Nhật) ở Á châu (đầu tiên ở Đông Nam Á) có chương trình phân phối, bảo hành, bảo trì, chuyển giao CN Cray CX1 (partner/reseller) cả phần cứng và phần mềm ứng dụng.

Khi nói tới việc Việt Nam đặt chân vào Bản đồ Công nghệ Siêu tính thế giới có nghĩa là Việt Nam phải làm chủ được CN siêu tính và như vậy Việt Nam phải có chuyên gia giỏi về CN Siêu tính và sử dụng MST một cách hiệu quả nhất trong phát triển kinh tế, sản xuất, KH CN và quốc phòng.

Chúng ta mong mỏi với CN Siêu tính, Việt Nam sẽ tiến bước tự tin trong cuộc chơi kinh tế tri thức sánh vai cùng với các quốc gia tiến bộ khác trên hành tinh.

Ghi chú: “APP” (Applications: Phần mềm ứng dụng; “OS” (Operation System: Hệ điều hành)

Tài liệu tham khảo:

•           Tài liệu về Cray CX1, Công ty Siêu tính Cray

•           Tài liệu về ScaleMP, ROCKS+ và Cray CX1, Công ty Siêu tính Cray

•           Các tài liệu, white papers  về Siêu tính và các Phần mềm trên Internet