Chúng ta thường nghe nói về những chiếc siêu máy tính cực mạnh có khả năng thực hiện hàng tỷ phép tính mỗi giây và có kích thước khổng lồ chiếm hết cả một căn phòng lớn. Nhưng chính xác thì những bộ máy siêu khủng đó mạnh đến mức nào và được sử dụng vào mục đích gì? Hãy cùng khám phá nhé!
Công nghệ đã phát triển với tốc độ chóng mặt đến mức không tưởng. Chỉ hơn 50 năm trước, chuyến bay của con người lần đầu tiên đặt chân lên Mặt trăng được điều khiển bởi một chiếc máy tính có thể coi là “đồ chơi” so với tiêu chuẩn ngày nay. Trên thực tế, một chiếc smartphone loại bình thường của bất kỳ ai bây giờ cũng mạnh hơn gấp hàng triệu lần so với toàn bộ sức mạnh tính toán mà NASA đã sử dụng cho sứ mệnh Apollo 11 vào năm 1969 đó.
Công nghệ đã thay đổi nhanh đến mức giờ đây chúng ta có những siêu máy tính làm được những việc phi thường mà trước đây không ai dám nghĩ tới. Hãy cùng tìm hiểu xem siêu máy tính là gì và chúng có vai trò cực kỳ quan trọng như thế nào nhé.
Siêu máy tính là gì?
Siêu máy tính là những bộ máy khổng lồ thực hiện chức năng lưu trữ và xử lý dữ liệu cũng giống như máy tính cá nhân thông thường, nhưng với quy mô cực kỳ lớn đến mức khó có thể tưởng tượng được. Siêu máy tính được cấu tạo từ những cụm đơn vị xử lý giúp chúng có khả năng thực hiện các hoạt động nhanh hơn gấp triệu lần so với laptop hay máy tính để bàn bình thường mà chúng ta sử dụng hằng ngày.
Sức mạnh tính toán của các máy tính thông thường được đo bằng đơn vị IPS (instructions per second – hướng dẫn trên giây), nhưng đối với siêu máy tính thì đơn vị đo là FLOPS (floating point operations per second – số phép tính dấu phẩy động trên giây). Con số này càng lớn thì siêu máy tính càng mạnh.
Trước năm 2022, danh hiệu siêu máy tính mạnh nhất thế giới thuộc về cỗ máy Fugaku ở Nhật Bản. Ở thời điểm hiện tại, cỗ máy có khả năng tính toán nhanh nhất thế giới là siêu máy tính mang tên Frontier đặt tại bang Tennessee của Mỹ. Nó được phát triển bởi công ty Hewlett Packard Enterprise với giá trị 600 triệu USD và được cấu tạo gồm 74 chiếc “tủ”, mỗi tủ nặng khoảng 4 tấn.
Frontier là siêu máy tính thuộc loại exascale đầu tiên trên thế giới, tức là nó có thể thực hiện 1 nghìn tỷ tỷ tỷ (10 mũ 30) FLOPS (còn gọi là exaflops hay EFLOPS) trong mỗi giây. Để hình dung con số này khủng khiếp tới mức nào, hãy so sánh với chip M1 Ultra của Apple: con chip mạnh nhất của hãng này có tốc độ tính toán khoảng 21 teraflop (TFLOPS) tương đương 1 nghìn tỷ FLOPS.
Mặc dù chip của Apple trang bị cho MacBook được coi là mạnh nhất trong số laptop hiện nay nhưng ngay từ năm 2002 – tức là rất lâu trước khi Apple tự phát triển chip – thì siêu máy tính Earth Simulator của Nhật Bản đã đạt sức mạnh tính toán khoảng 36 teraflop.
Siêu máy tính được dùng để làm gì?
Với sức mạnh vượt xa những tiêu chuẩn thông thường như đã nêu, siêu máy tính có rất nhiều tiềm năng ứng dụng trong thực tế, đặc biệt là các lĩnh vực yêu cầu xử lý lượng dữ liệu cực lớn mà máy tính bình thường không thể làm được. Dưới đây là một vài ví dụ.
1. Dự báo thời tiết
Ứng dụng phổ biến và đơn giản nhất của siêu máy tính là giúp dự báo thời tiết với độ chính xác cao. Bằng cách thu thập và xử lý nhiều dữ liệu hơn và phân tích độ chính xác của những lần dự đoán trong quá khứ, siêu máy tính giúp chúng ta dự đoán thời tiết trong tương lai một cách chính xác và nhanh chóng hơn.
Từ hàng trăm năm trước, con người đã sử dụng nhiều phương pháp thủ công và tính toán đơn giản để dự đoán thời tiết, từ việc quan sát bầu trời để thấy các dấu hiệu báo trước sắp có mưa bão cho đến việc xem lại những lần dự báo thời tiết trước đó để rút ra quy luật. Tất nhiên những cách này chỉ dùng được ở mức tương đối và cũng không thể dự đoán nhiều ngày trong tương lai được.
Nhưng với sự ra đời của máy tính từ vài chục năm trước, dự báo thời tiết đã được thực hiện bằng tính toán kỹ thuật số để tăng độ chính xác cao hơn. Vào cuối những năm 1800 và đầu những năm 1900, dự đoán thời tiết đã trở thành một lĩnh vực khoa học nghiêm túc, có nhiều trung tâm thời tiết được thành lập ở nhiều khu vực địa lý cách xa nhau và tạo thành mạng lưới để liên lạc và trao đổi dữ liệu với nhau. Tình hình thời tiết ở một vùng luôn bị ảnh hưởng bởi các vùng lân cận, vì vậy nếu biết được thời tiết ở nhiều nơi khác nhau sẽ giúp dự đoán chính xác hơn.
Trước khi có máy tính kỹ thuật số, các nhà khí tượng học phải vẽ các dữ liệu thời tiết trên bản đồ một cách thủ công, sau đó phân tích dữ liệu trong một khoảng thời gian dài để phát hiện ra quy luật. Để có được dữ liệu, họ phải sử dụng các công cụ đặc biệt để đo độ ẩm trong không khí, áp suất khí quyển, thậm chí dùng khinh khí cầu để đo đạc ở tầng khí quyển cao hơn.
Dự báo thời tiết là công việc rất khó vì nó rất dễ thay đổi. Thuật ngữ “hiệu ứng cánh bướm” lần đầu tiên được đặt ra vào những năm 1960 bởi nhà khí tượng học Edward Lorenz, mô tả tính chất dễ biến đổi của các hiện tượng thời tiết. Theo Lorenz, ngay cả những biến động cực kỳ nhỏ trong dữ liệu ban đầu cũng có thể dẫn đến kết quả cuối cùng hoàn toàn khác, ví dụ như những cú đập cánh cực nhẹ của một con bướm ở một nơi có thể dẫn đến hình thành một cơn bão dữ dội ở nơi cách đó rất xa.
Máy tính là công cụ được thiết kế để tự động thực hiện rất nhiều phép tính liên tục thay cho con người. Các máy tính dự đoán thời tiết hiện đại sẽ tính toán các số liệu được thu thập trong thực tế và đưa ra kết quả với độ chính xác cao, nhưng vẫn không thể chính xác 100% do hiệu ứng cánh bướm.
Ngày nay chúng ta có thể dự đoán thời tiết trong 5 ngày tiếp theo với độ chính xác 90%, càng thêm nhiều ngày thì độ chính xác càng giảm xuống, ví dụ như chỉ còn 80% nếu dự đoán 7 ngày và khoảng 50% nếu dự đoán xa hơn nữa.
Không chỉ dự đoán thời tiết cho từng khu vực nhỏ, các nhà khoa học còn mô phỏng toàn bộ bầu khí quyển của Trái đất để tìm hiểu các hiện tượng diễn ra trên quy mô lớn. Công việc này cực kỳ phức tạp và cần phải xử lý lượng dữ liệu khổng lồ. Để đưa ra dự đoán thường xuyên và chính xác, các trung tâm khí tượng sử dụng siêu máy tính thay vì máy tính bình thường.
Những chiếc siêu máy tính này thường có khả năng thực hiện hơn 14.000 nghìn tỷ phép tính mỗi giây, nhưng kết quả sau đó vẫn chưa thể dùng ngay mà phải được xem xét bởi một nhóm các nhà khí tượng có kinh nghiệm để xác nhận với độ chính xác khoảng 90%, nhưng không bao giờ đạt đến 100%.
Một khía cạnh đặc biệt là siêu máy tính cũng có thể giúp chúng ta hiểu tác động của biến đổi khí hậu và tìm ra cách để ngăn chặn vấn đề này. Hiện tại Microsoft đang xây dựng một siêu máy tính cho mục đích chống biến đổi khí hậu với số tiền đầu tư hàng tỷ bảng Anh từ chính phủ Vương quốc Anh.
2. Tạo mô phỏng
Mô phỏng là phương pháp các nhà khoa học thường dùng để dự đoán kết quả của những hiện tượng hoặc vấn đề phức tạp nào đó mà không cần làm thí nghiệm hoặc chờ nó xảy ra trong thế giới thực. Ví dụ các mô hình mô phỏng máy bay giúp chúng ta hiểu được lực cản của không khí tác động tới quá trình bay như thế nào, từ đó lập ra thiết kế phù hợp để máy bay hoạt động hiệu quả và an toàn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn.
Một ví dụ khác là mô phỏng các phản ứng hóa học và sinh học cực kỳ tinh vi để ứng dụng trong y học cũng như các ngành công nghiệp sản xuất vật liệu mới. Nếu không có mô hình do các siêu máy tính tạo ra trong môi trường ảo, chúng ta sẽ phải thực hiện thử nghiệm ngoài đời thật tốn kém chi phí hơn rất nhiều.
3. Nghiên cứu khoa học
Các nhà khoa học thường phải phân tích xử lý khối lượng dữ liệu rất lớn, khi đó siêu máy tính sẽ giúp công việc của họ trở nên dễ dàng hơn và cho ra kết quả nhanh hơn. Ví dụ như năm 2020 trong lúc đại dịch COVID-19 bùng phát mạnh trên toàn thế giới, siêu máy tính Summit của IBM đã giúp cách nhà khoa học chống lại dịch bệnh bằng cách xử lý một lượng lớn các phép tính về dịch tễ học, tin sinh học và mô hình phân tử.
Siêu máy tính cũng giúp ích cho các nhà vật lý thiên văn tại NASA bằng cách mô phỏng chuyển động của các khối khí và nước xung quanh Trái đất để nghiên cứu về khí hậu, tìm kiếm các hành tinh khác, tìm hiểu các hiện tượng của lỗ đen và thiết kế các phương tiện hàng không vũ trụ.
Siêu máy tính trong tương lai sẽ trở nên phổ biến?
Trong ngành công nghiệp sản xuất thiết bị điện tử có định luật Moore nổi tiếng nói rằng các máy tính sẽ tăng gấp đôi tốc độ tính toán sau mỗi 2 năm, dẫn đến sức mạnh xử lý tăng theo cấp số nhân qua thời gian giúp chúng ta thực hiện được những công việc ngày càng khó hơn mà trước đây tưởng như không thể.
Chỉ khoảng 10 năm trước, những khái niệm như thực tế ảo, chơi game trên đám mây, metaverse, v.v gần như chưa xuất hiện hoặc chỉ có các chuyên gia máy tính hàng đầu mới biết đến. Nhưng ngày nay chúng ta đang dần nhìn thấy tất cả những điều đó trở thành hiện thực với những thiết bị máy móc cực kỳ hiện đại. Không chỉ có những chuyên gia mới tiếp cận được với sự phát triển thần kỳ của công nghệ, mà nó đang trở thành điều bình thường trong cuộc sống của tất cả mọi người.
Một ngày nào đó, có thể chúng ta sẽ sở hữu những chiếc siêu máy tính nhỏ gọn trong lòng bàn tay?
Mời bạn xem thêm các bài viết liên quan:
- Trí tuệ nhân tạo AI: Công nghệ tối thượng hay hiểm hoạ khôn lường?
- 6 lý do máy tính bảng Android có thể trở thành thiết bị hàng đầu của tương lai
Hãy theo dõi BlogAnChoi để cập nhật nhiều thông tin bổ ích nhé!
