Siêu máy tính sẽ tăng tốc gấp 500 lần vào năm 2018

Hãng đồ họa Silicon Graphics International (SGI) hy vọng đến năm 2018 sẽ xây dựng siêu máy tính có tốc độ nhanh gấp 500 lần so với siêu máy tính mạnh nhất hiện nay, sử dụng chip gia tốc được thiết kế đặc biệt của Intel.

Theo Eng Lim Goh, Giám đốc công nghệ của SGI, hãng này hy vọng sẽ nâng cao toàn bộ hiệu năng cho siêu máy tính của hãng bằng các bộ xử lý đồng thời mức độ cao, dựa trên cấu trúc nhiều nhân tích hợp MIC (many integrated cores) của Intel. Kết hợp với CPU máy chủ Xeon, các chip MIC sẽ chạy hàng triệu luồng song song với nhau, giúp nâng cao hiệu năng của siêu máy tính.
Các chip có cấu trúc MIC kết hợp các nhân x86 với các nhân chuyên dùng để gia tăng tính toán hiệu năng cao. Các siêu máy tính nhanh nhất hiện nay có thể đạt đến khoảng 2,5 petaflops (2,5 triệu tỷ phép tính mỗi giây), nhưng hiện giờ các nỗ lực cải thiện thông lượng và hiệu năng trên chip chỉ mới đang thực hiện. IBM cho biết, họ sẽ dùng quang xung để tăng tốc độ truyền dữ liệu giữa các chip. Bằng cách này và nhiều biện pháp khác, siêu máy tính có thể sẽ đạt hiệu năng lớn hơn 1 exaflops, tương đương 1.000 petaflops, vào năm 2020.

Ông Goh cho biết, CPU x86 chuẩn sẽ phải cần đến bộ gia tốc như chip MIC của Intel để đạt hiệu năng nhanh hơn. Chip MIC cung cấp mật độ tính toán cần thiết để đạt hiệu năng exaflops vào năm 2018.

Các bộ gia tốc như BXL đồ họa GPU hiện đang được dùng với CPU để thực thi nhiều phép tính hơn mỗi giây, theo ông Goh. Trong khi có vài bộ gia tốc đạt được kết quả mong muốn, vẫn còn nhiều người không hài lòng với hiệu năng liên quan đến thời gian và chi phí cho việc điều chỉnh các ứng dụng để hoạt động với các bộ gia tốc.

Cấu trúc MIC của Intel sẽ giải quyết được vấn đề đó bằng cách thêm nhiều nhân chuyên dùng vào trong chip có thể chạy phần mềm x86 chuẩn.

Cấu trúc MIC được xem là đối pháp của Intel đối với các GPU của các hãng như Nvidia và AMD (Advanced Micro Devices), là các GPU từng kết hợp hàng trăm nhân điện toán. Siêu máy tính nhanh nhất của thế giới hiện nay là K computer của Nhật Bản với hiệu năng 8,16 petaflops, vừa soán ngôi siêu máy tính Tianhe-1A của Trung Quốc.
Hồi tháng 6 năm ngoái, Intel đã giới thiệu chip MIC thử nghiệm đầu tiên của họ, có tên mã là Knights Ferry. Chip này được đặt trong khe PCI-Express. Chip có 32 nhân và kết hợp các bộ xử lý vector với các nhân CPU chuẩn. Dù chưa được bán ra thị trường, nhưng các mẫu chip này đã được xuất xưởng với số lượng nhỏ cho các công ty đang viết chương trình theo cấu trúc này.

Một máy chủ Xeon với 8 chip Knights Ferry có thể đạt hiệu năng 7,4 teraflops, theo John Hengeveld, Giám đốc tiếp thị Data Center Group của Intel.

Intel hiện đang chuẩn bị sản xuất chip MIC thương mại đầu tiên của hãng, tên mã là Knights Corner, với hơn 50 nhân. Ông Hengeveld từ chối không cho biết ngày xuất xưởng của Knights Corner, nhưng ông cho biết loại chip này sẽ được sản xuất theo quy trình 22nm. Chip Knights Ferry hiện đang được sản xuất theo quy trình 45nm.

Intel đã có vị trí đứng đầu quan trọng trong thị trường siêu điện toán. Khoảng 80% trong số 500 siêu máy tính có tốc độ nhanh nhất đều chạy chip x86 của Intel, theo danh sách Top500 siêu máy tính phát hành hồi tháng 11 năm ngoái.

Intel cũng đang xây dựng hệ sinh thái phần mềm trước khi tung ra chip MIC thương mại của họ. Trong tuần này, hãng chip này đang trình bày vài ứng dụng hiệu năng cao tại Hội nghị Siêu điện toán Quốc tế ISC (International Supercomputing Conference) ở Hamburg (Đức), một cách để mời gọi hỗ trợ cho cấu trúc này.

Theo ông Goh, chip MIC sẽ dễ tích hợp vào ứng dụng siêu điện toán vì nó sẽ chạy mã x86 thông thường được viết bằng kiểu lập trình chuẩn. Sẽ rất dễ dàng để dỡ tải các quy trình được thiết kế để thực thi trên CPU sang chip MIC, bằng cách chỉ thêm vài dòng vào cơ số mã có sẵn. Intel đang cung cấp công cụ lập trình để có thể thêm đuôi mở rộng MIC cho mã x86 có sẵn.

Cũng có các kiểu lập trình song song khác để khai thác khả năng điện toán của các bộ gia tốc như GPU. Nvidia cung cấp khung lập trình song song CUDA riêng cho chip đồ họa của họ. Một khung lập trình song song khác là OpenCL được hỗ trợ của các hãng như Intel, AMD, Apple và Nvidia.

Theo Radoslaw Walczyk, người phát ngôn của Intel, hãng có ý định hỗ trợ OpenCL trên sản phẩm MIC đầu tiên là Knights Corner.

Các hãng máy chủ hàng đầu như HP (Hewlett-Packard), Dell và IBM cũng sẽ giới thiệu các máy tính dùng chip Knights Ferry tại Hội nghị ISC.