Nói chung, các trang web công nghệ thảo luận về siêu máy tính luôn luôn nói về tốc độ; teraflops, petaflops, tiến tới exascale ... Tất nhiên, có một lý do cho điều này: sau nhiều thập niên ngự trị của Intel, tốc độ xử lý là cái gì đó mà gần như tất cả chúng ta có thể liên quan.

Tuy nhiên, điều hiếm khi được thảo luận là mục đích của siêu máy tính. Thực sự, siêu máy tính nhanh nhất thế giới gần đây đã đạt tốc độ 10 petaflops - 10 tỷ tỷ phép tính mỗi giây, hoặc nhanh hơn khoảng 200.000 lần so với máy tính Core i7 Sandy Bridge của bạn - nhưng nó làm gì với tất cả sức mạnh đó?

Để trả lời câu hỏi này, trước tiên chúng ta cần phải nhìn vào kiến trúc của siêu máy tính.

Kiến trúc

Siêu máy tính, phần lớn, không giống như máy tính của bạn. Trong một số trường hợp, các siêu máy tính được xây dựng bằng các bộ xử lý x86 của AMD và Intel, hay các GPU của Nvidia hay AMD, nhưng đó là điểm tương đồng duy nhất.

Siêu máy tính thường sử dụng các đơn vị tính toán tùy chỉnh (được gọi là blades) thường có nhiều nốt (CPU, GPU). Trong trường hợp của Cray XK6, blade mạnh nhất trên thế giới, mỗi blade có bốn nốt, và mỗi nốt chứa một CPU AMD Opteron 16 nhân và GPU Nvidia Tesla, và 16 hoặc 32GB RAM. Các nốt này được kết nối với một kết nối độc nhất (thường là quang). Nhiều blade được xếp chồng lên nhau trong kệ (một lần nữa bằng kết nối quang học), cho phép hàng chục ngàn nốt được đặt vào một căn phòng lớn.

Một thực tế ít được biết đến: Siêu máy tính thường được làm mát bằng nước, nó không chỉ tiết kiệm tiền (CPU nóng rò rỉ điện nhiều hơn) mà còn cho phép chạy nhanh hơn. Trong trường hợp K, siêu máy tính nhanh nhất thế giới, có khoảng 88.128 nốt tính toán - 88.128 CPU 8 lõi SPARC64 VIIIfx - và mỗi hệ thống được kết nối với hệ thống làm mát bằng nước phức tạp nhất trên thế giới.

Cuối cùng, bạn cần một số phần mềm tuyệt vời để kiểm soát các siêu máy tính này. Ngày nay gần như luôn luôn là một phiên bản tùy biến của Linux. Các nhà sản xuất siêu máy tính (IBM, Cray, Fujitsu) thường bắt đầu với một bản Linux phù hợp và sau đó làm thay đổi đáng kể để điều chỉnh hệ điều hành cho các phần cứng cụ thể. Đó là nhiệm vụ của hệ điều hành để giảm thiểu thời gian mỗi nốt chờ đợi để dữ liệu mới. Điều này liên quan đến công việc rất phức tạp trong phân bổ nhiệm vụ và quản lý bộ nhớ. Đừng quên, một siêu máy tính thường có hàng ngàn gigabyte RAM, và đôi khi ổ cứng lưu trữ cả petabyte.

Kết quả cuối cùng là một siêu máy tính có hàng chục nghìn nốt hoạt động song song. Nếu bạn tưởng tượng một CPU Intel đơn, tương lai có 10.000 lõi trong cùng một gói, đó là mục tiêu cuối cùng lý tưởng mà các nhà thiết kế siêu máy tính đang nhắm tới.

Chi phí sở hữu, bằng cách này, là trong hàng trăm triệu phạm vi. Không chỉ bạn có chi phí lắp đặt, nhưng một siêu máy tính cũng sử dụng megawatts điện. Jaguar, siêu máy tính nhanh thứ ba trên thế giới (hình trên), trị giá 104 triệu USD để cài đặt và sử dụng 7 megawatts - và mỗi megawatt, với mức $0.10/ kWh, tương đương với khoảng 1 triệu USD mỗi năm. Thêm vào hàng chục kỹ thuật viên mà bạn cần để giữ một siêu máy tính chạy, và bạn phải bỏ ra một chi phí hàng năm là 10 triệu đô la hoặc hơn.

Tiếp theo: Nhưng bạn có thể làm cái quái gì với 88.128 bộ vi xử lý song song?

Nguồn: ExtremeTech