• Chủ Nhật, 11/01/2004 22:37 (GMT+7)

    Siêu máy tính “made in Vietnam”


    Hệ thống máy tính bó song song do Công Ty Phần Mềm Tự Động Hóa Thiết Kế CADPRO thiết kế cho Trung Tâm Quốc Gia Dự Báo Khí Tượng Thủy Văn.

     

    Xử lý khối lượng thông tin lớn là nhu cầu thực tế của nhiều ngành khoa học và công nghiệp như: khoa học vũ trụ, dầu khí, khí tượng thủy văn...

    Hãy thử xem từ công việc dự báo thời tiết ở Việt Nam. Dữ liệu phục vụ cho công tác dự báo được thu thập từ nhiều nguồn: cổ điển (quan trắc, bằng kinh nghiệm cảm quan đánh giá nhiệt độ, gió, khí áp tại các trạm mặt đất), thám sát (thu thập số liệu từ vệ tinh, máy bay...). Vài năm trở lại đây, nước ta còn khai thác dữ liệu khí tượng vệ tinh toàn cầu do Tổng Cục Thời Tiết CHLB Đức truyền qua trên Internet với dung lượng xấp xỉ 65 Mbyte/ngày. Khối lượng tính toán cho khí tượng thủy văn là đặc biệt lớn, nhưng đặc biệt hơn nữa là yêu cầu về tốc độ tính toán trong thời gian thực cao hơn các trường hợp khác, do yêu cầu về tính thời sự của kết quả tính toán. Nếu “dự báo” có sau khi cơn bão xảy ra thì thật là điều vô nghĩa.

    Phải có máy tính mạnh với năng lực tính toán lên tới con số hàng tỷ phép tính/giây mới có thể giả lập, mô phỏng được bức tranh thời tiết trong 3 ngày tới. Nếu không, sẽ chỉ có được kết quả “hậu báo” ngày hôm qua chứ không phải cho ngày mai như hiện nay.

    Giải Pháp Máy Tính Bó Song Song

    Có một cách giải quyết khác: thay vì tính toán trên một máy năng lực lớn, người ta áp dụng cách “tính toán song song” tức là chia một bài toán ra làm nhiều phần độc lập tương đối với nhau và xử lý các phần đó đồng thời (song song) trên máy tính có nhiều bộ xử lý hoặc trên nhiều máy tính. Như vậy, giải pháp tính toán song song bao gồm: phần cứng (thiết bị) và phần mềm điều hành hệ thống (phân phối công việc, kết nối kết quả, điều hành chung...). 

     

    Một trong các loại thiết bị đó là máy tính bó song song. Máy tính bó song song là tập hợp những chiếc máy tính nhỏ, nối mạng tốc độ cao với nhau. Mỗi một máy tính có bo mạch chủ riêng, đường truyền dữ liệu xử lý (bus) riêng, một (hoặc nhiều) bộ vi xử lý riêng hoạt động độc lập với nhau (gọi là “node”).  Máy tính bó song song hoạt động với sức mạnh tính toán lớn giống siêu máy tính,  nhưng lại có sự khác biệt căn bản: đó là giá thành thấp hơn nhiều lần. Và vì vậy, xu hướng sử dụng máy tính bó song song ngay từ khi phát triển vào những năm cuối thập kỷ 90 đã được coi là giải pháp của "nhà nghèo" với hàm ý khen ngợi đây là phương án tiết kiệm.

    Giờ đây, máy tính bó song song không còn là giải pháp của "nhà nghèo" mà  ngay cả nhà giàu cũng đã để tâm sử dụng. Việc Trung Tâm Dự Báo Khí Tượng Thủy Văn Hoa Kỳ đã chuyển hết sang giải pháp bó song song là một ví dụ. Trong danh sách 500 siêu máy tính mạnh nhất thế giới, các máy tính bó song song cũng dần khẳng định vị thế của mình. Nếu như vào tháng 6 năm 2002, Presto III - chiếc máy tính bó tự làm tại Viện Công Nghệ  Tokyo chỉ đứng thứ 47/500 với hiệu năng trên 716 tỷ phép tính/giây; thì đến  tháng 12/2002, đã có hai máy tính bó tự làm đứng ở vị trí 5 và 8.

    Bản thân chiếc siêu máy tính mạnh nhất thế giới hiện nay cũng xây dựng bằng công nghệ bó song song để mô phỏng quá trình nóng lên và thay đổi môi trường khí hậu trái đất, dự báo về khí quyển trong tương lai. Đó là máy tính NEC Earth-Simulator Nhật Bản với 5120 bộ vi xử lý và hiệu năng 35860 tỷ phép tính/giây. Rõ ràng, dù từng được xem là giải pháp con nhà nghèo, nhưng máy tính bó song song ngày càng được nhiều quốc gia, tổ chức giàu có sử dụng.

    Giải pháp của CADPRO

    Hệ thống máy tính bó song song do Công Ty Phần Mềm Tự Động Hóa Thiết Kế CADPRO thiết kế cho Trung Tâm Quốc Gia Dự Báo Khí Tượng Thủy Văn (Trung Tâm) gồm 4 chiếc máy tính nhỏ tích hợp theo công nghệ Ethernet, có tốc độ 6,5 gigaflops, tương đương 6,5 tỷ phép tính/giây. Một màu đen truyền thống của những chiếc máy chủ lớn, nhưng thực ra từ đinh vít, vỏ máy, ổ cứng..., mọi thứ đều là những linh kiện rời được CADPRO nhập về lắp thành (xem hình).

    Trong vòng 60 phút, kết quả dự báo được tính toán xong để hàng ngày, chậm nhất là 13h30 Trung Tâm công bố các bản tin dự báo thời tiết. Một chi tiết cần lưu ý là trước kia, khi Trung Tâm sử dụng giải pháp của Liên Xô (cũ) và gần đây nhất là của IBM, kết quả không thể có nhanh được như vậy. Chỉ riêng máy tính RS6000 của IBM với 2 bộ vi xử lý đã có giá thành tới 50.000 USD và phải mất 10 tiếng mới chạy xong bài toán này.

    Khai thác HĐH mã nguồn mở Linux, CADPRO phát triển thêm phần mềm truyền thông, giải pháp trao đổi thông điệp trong môi trường tính toán phân tán nhớ... Giá hệ máy tính của CADPRO là 40 ngàn USD, chưa bằng 1/12 giá siêu máy tính Cray có sức mạnh tương đương. Đây có thể xem là một trong những chiếc siêu máy tính đầu tiên do người Việt Nam thiết kế, người Việt Nam tích hợp cả phần cứng lẫn phần mềm.

    Nếu có ai nghi ngờ độ ổn định của chiếc “siêu máy tính này” thì đã có một thực tế để kiểm chứng: qua hơn một năm khai thác 24 giờ/ngày, 7 ngày/tuần, máy tính bó song song sử dụng tại Trung Tâm chưa một lần hỏng hóc.

    Đến nay, CADPRO đã thiết kế 6 hệ máy tính bó song song hiệu năng cao. Chiếc máy mạnh nhất hiện nay đặt tại Trung Tâm Tính Toán Hiệu Năng Cao, với bó 8 máy tính sử dụng chip Xeon 1,8 gigahertz, băng thông kết nối mạng 2 gigahertz, đạt tốc độ 16 gigaflops (tương đương với 16 tỷ phép tính/giây). Tốc độ này được kiểm định bằng công cụ Linpack chuyên đánh giá các siêu máy tính của tổ chức Top500 siêu máy tính.

    Tín hiệu vui cho siêu máy tính Việt Nam

    Niềm tin vào công nghệ máy tính bó song song hoàn toàn có cơ sở với những chiếc siêu máy tính đang hoạt động ổn định và hiệu quả tại các trung tâm nghiên cứu khoa học lớn ở nước ta. Thông tin mới nhất là ông Detlev Majewski từ Trung Tâm Khí Tượng Thuỷ Văn CHLB Đức vừa sang làm việc tại Việt Nam đã đánh giá cao giải pháp bó song song của CADPRO. Ông quyết định thông báo cho toàn bộ 20 quốc gia trong hiệp hội sử dụng chương trình mô phỏng dự báo khí tượng thuỷ văn độ phân giải cao HRM trên thế giới  về hệ thống này, khuyến cáo họ đặt hàng CADPRO xây dựng thiết kế giải pháp trọn gói phần cứng- phần mềm HRM bó song song. Ông tuyên bố: hệ thống CADPRO còn chạy nhanh hơn cả chương trình dự báo HRM trên siêu máy tính Cray của Đức - một siêu máy tính mà cả Việt Nam này chưa một nơi nào có khả năng đầu tư.

    Có lẽ không cần bàn thêm về hiệu năng cũng như tính kinh tế của giải pháp công nghệ bó song song ứng dụng trong mô phỏng. Ý nghĩa hơn cả, những hệ thống siêu máy tính do Việt Nam tự thiết kế, làm chủ công nghệ đó sẽ có khả năng ứng dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Điều đáng nói là dường như chúng ta còn thiếu niềm tin vào khả năng của những công nghệ nội lực trong khi chất lượng và hiệu năng của chúng đã được thực tế chứng minh.

    Ghi chú: Xem thêm PC World B số 5/2003, trang "Bạn đọc": "Thành công mới của công ty AIC với 2 mẫu máy tính song song".

    ID: B0306_28