31
M t ph n nh c aộ ầ ỏ ủ siêu máy tính Blue Gene/P c a IBMủ
Trong th i gian g n ây ch c h n các b n c ng c nghe nói nhi u v c m t siêu máyờ ầ đ ắ ẳ ạ ũ đượ ề ề ụ ừ
tính, haysupercomputer. ây là m t lo i máy tính r t khác v i nh ng chi c desktop, laptopĐ ộ ạ ấ ớ ữ ế
mà b n s d ng h ng ngày. Nó có kích th c to h n, s c m nh v t tr i h n r t nhi u l nạ ử ụ ằ ướ ơ ứ ạ ượ ộ ơ ấ ề ầ
so v i các máy tính cá nhân. C ng chính vì th mà siêu máy tính không bao gi c dùngớ ũ ế ờ đượ
so n v n b n, ch i game pikachu mà ng i ta áp d ng nó vào vi c nghiên c u khoađể ạ ă ả ơ ườ ụ ệ ứ
h c, x lí, tính toán ph c t p. V y siêu máy tính là gì, c u t o nó ra sao và ng i ta dùngọ ử ứ ạ ậ ấ ạ ườ
nó vào vi c gì?ệ
L ch s siêu máy tínhị ử
C m t siêu máy tính (supercomputer) l n u tiên xu t hi n trong m t bài báo c a tụ ừ ầ đầ ấ ệ ộ ủ ờ
New York World vào n m 1929 dùng ch các b ng tính kh ng l mà IBM thi t l p iă để ỉ ả ổ ồ ế ậ ở Đạ
h c Columbia. Nh ng 1960, ki n trúc siêu máy tính c m t k s ng i M tên làọ ữ ế đượ ộ ĩ ư ườ ỹ
Seymour Cray làm vi c cho t ch c Control Data Corporation (CDC) thi t k và chi c CDCệ ổ ứ ế ế ế
6600 ra m t n m 1964 c xem là supercomputer u tiên c a th gi i. Seymour Crayắ ă đượ đầ ủ ế ớ
c tôn vinh là cha c a siêu máy tính.đượ đẻ ủ
Sau ó m t th i gian, Cray mu n r i CDC cùng v i m t s ng nghi p nh ng b CEOđ ộ ờ ố ờ ớ ộ ố đồ ệ ư ị
William Norris c a công ty này t ch i vì Cray ang làm vi c trên m t d án cho H i quânủ ừ ố đ ệ ộ ự ả
M . Mãi n n m 1972 Cray m i th c hi n c ý nh này và ông ã l p ra công ty riêngỹ đế ă ớ ự ệ đượ đị đ ậ
mang tên Cray Research. Sau này Cray Research i tên thành Cray Inc. và ây là m tđổ đ ộ
trong nh ng hãng cung c p siêu máy tính hàng u th gi i th i i m hi n t i.ữ ấ đầ ế ớ ở ờ đ ể ệ ạ
T i công ty riêng c a mình, vào n m 1976, Cray ã công b chi c supercomputer Cray-1ạ ủ ă đ ố ế
v iớ CPU80MHz và nó là m t trong nh ng siêu máy tính c ng i ta bi t n nhi u nh t.ộ ữ đượ ườ ế đế ề ấ
T i n m 1985, Cray-2 ra m t v i 8 vi x lí. H th ng này c làm mát b ng ch t l ng vàớ ă ắ ớ ử ệ ố đượ ằ ấ ỏ
ch t flourinert do 3M s n xu t. C máy này có t c tính toán 1,9 gigaflops và nó chính làấ ả ấ ỗ ố độ
siêu máy tính nhanh nh t th gi i n t n nh ng n m 1990.ế ế ớ đế ậ ữ ă
Siêu máy tính Cray-1 v i thi t k hình tr , m b o kho ng cách gi a vi x lí v i các thànhớ ế ế ụ đả ả ả ữ ử ớ
ph n khác trong h th ng là u nhauầ ệ ố đề
N u nh nh ng chi c siêu máy tính c a n m 1980 ch dùng vài CPU thì n n m 1990,ế ư ữ ế ủ ă ỉ đế ă
siêu máy tính ã c trang b hàng nghìn b vi x lí và chúng b t u xu t hi n nhi u đ đượ ị ộ ử ắ đầ ấ ệ ề ở
M , Nh t. K t ây, t c tính toán c a lo i máy tính này b t u t ng v t m t cáchỹ ậ ể ừ đ ố độ ủ ạ ắ đầ ă ọ ộ
nhanh chóng. Ví d nh chi c siêu máy tính dùng trong h m gió c a Fujitsu s d ng 166ụ ư ế ầ ủ ử ụ
vi x lí vector* v i t c 1,7 gigaflops m i chip vào n m 1994. Hai n m sau ó, n l tử ớ ố độ ỗ ă ă đ đế ượ
máy Hitachi SR2201 v i t c 600 gigaflops có c nh 2048 b x lí c ng ã làm choớ ố độ đượ ờ ộ ử ũ đ
c th gi i kinh ng c. Intel c ng có siêu máy tính Paragon c a mình v i kho ng 1000 nả ế ớ ạ ũ ủ ớ ả đế
4000 chip i860 và nó t ng t danh hi u nhanh nh t th gi i vào n m 1993.ừ đạ ệ ấ ế ớ ă
*Vi x lí vectorử là CPU c tích h p các b ch d n c bi t có th ho t ng trongđượ ợ ộ ỉ ẫ đặ ệ để ể ạ độ
m ng d li u 1 chi u. CPU vector có th t ng áng k hi u n ng m t s tác v nh tả ữ ệ ề ể ă đ ể ệ ă ở ộ ố ụ ấ
nh, c bi t là trong l nh v c gi l p s ho c và th c thi các tác v gi ng nhau. CPUđị đặ ệ ĩ ự ả ậ ố ặ ự ụ ố
vector ph bi n trong nh ng n m 1970-1980 nh ng ngày nay nó ã g n nh bi n m tổ ế ữ ă ư đ ầ ư ế ấ
hoàn toàn.
n ngày hôm nay, siêu máy tính d n xu t hi n nhi u h n và nó c ng có m t trên nhi uĐế ầ ấ ệ ề ơ ũ ặ ề
qu c gia h n. H i u hành, ki n trúc c ng nh ph n c ng dùng trong siêu máy tính c ngố ơ ệ đ ề ế ũ ư ầ ứ ũ
theo ó thay i r t nhi u so v i vài ch c n m tr c.đ đổ ấ ề ớ ụ ă ướ
M t s t thu cộ ố ủ ộ Titan, siêu máy tính m nh nh t tính n th i i m vi t bài nàyạ ấ đế ờ đ ể ế
Ki n trúc và ph n c ng siêu máy tínhế ầ ứ
A. Ki n trúcế
Cách th c ng i ta thi t k siêu máy tính ã thay i r t nhi u trong th i gian g n ây.ứ ườ ế ế đ đổ ấ ề ờ ầ đ
Nh ng chi c supercomputer thu u c a Seymour Cray ho t ng d a trên k thu t tínhữ ế ở đầ ủ ạ độ ự ĩ ậ
toán song song và thi t k nh g n có th t c hi u n ng tính toán cao.ế ế ỏ ọ để ể đạ đượ ệ ă
Nói thêm v i n toán song song (parellel computing), ây là khái ni m dùng ch vi cề đ ệ đ ệ để ỉ ệ
s d ng m t s l ng l n CPU th c hi n m t b các phép tính nào ó. T t c cácử ụ ộ ố ượ ớ để ự ệ ộ ộ đ ấ ả
phép tính s c th c thi song song nhau.ẽ đượ ự Có hai cách mà ng i ta th ng áp d ngườ ườ ụ :
1. S d ng m t m ng l i nhi u máy tính phân tán nhi u n i x lí s li u (gridử ụ ộ ạ ướ ề ở ề ơ để ử ố ệ
computing), và phân tán ây có ngh a là kho ng cách a lý c a chúng t ng i xaở đ ĩ ả đị ủ ươ đố
nhau. Th ng thì khi m t chi c máy tính trong m ng l i c ch y lên, nó s ngay l pườ ộ ế ạ ướ đượ ạ ẽ ậ
t c tr thành m t ph n c a h th ng tính toán song song, và càng nhi u máy tính tham giaứ ở ộ ầ ủ ệ ố ề
thì t c x lí s nhanh h n. Có m t máy chính (Control Node) n m gi a làm nhi m vố độ ử ẽ ơ ộ ằ ở ữ ệ ụ
i u khi n và phân b tác v cho các máy con. Còn có hai cách nh thu c d ng này,đ ề ể ổ ụ ỏ ộ ạ
chúng ta s tìm hi u thêm bên d i.ẽ ể ở ướ
2. S d ng m t l ng l n CPU t g n nhau, và ng i ta g i ây là computer cluster vàử ụ ộ ượ ớ đặ ầ ườ ọ đ
ây là ki u i n toán t p trung. Nh ng CPU này th ng n m trong nhi u máy tính gi ngđ ể đ ệ ậ ữ ườ ằ ề ố
nhau, lân c n nhau (g i là các node, node card hay computer node) và chúng c k t n iậ ọ đượ ế ố
nh m t o ra m t h th ng l n h n, hoàn ch nh h n. Ng i ta xem c h th ng nh m tằ ạ ộ ệ ố ớ ơ ỉ ơ ườ ả ệ ố ư ộ
siêu máy tính duy nh t. V i bi n pháp này, các nhà thi t k c n m b o r ng t c c ngấ ớ ệ ế ế ầ đả ả ằ ố độ ũ
nh tính linh ho t n i liên k t gi a các máy tính ph i áp ng yêu c u công vi c. Theoư ạ ộ ế ữ ả đủ đ ứ ầ ệ
s li u t TOP500, s siêu máy tính cluster hi n chi m n 82,2% th ph n siêu máy tínhố ệ ừ ố ệ ế đế ị ầ
toàn c u. Siêu máy tính IBM Blue Gene/Q s d ng d ng cluster.ầ ử ụ ạ
T các vi x lí, các nhà s n xu t/cung ng siêu máy tính s tích h p nó lên m t chi cừ ử ả ấ ứ ẽ ợ ộ ế
"computer card" v i RAM và có th có thêm nhi u linh ki n khác t o ra m t chi c máyớ ể ề ệ để ạ ộ ế
tính g n hoàn ch nh. Nhi u computer card g n vào m t khay, sau ó các khay l i ti pầ ỉ ề ắ ộ đ ạ ế
c b trong nh ng t ch a (rack). Nhi u rack s c u thành m t h th ng siêu máy tínhđượ ỏ ữ ủ ứ ề ẽ ấ ộ ệ ố
hoàn ch nhỉ
Ngoài ra còn có siêu máy tính d ng Massively Parallel Processors (MPP), t c là m t máyạ ứ ộ
tính b nh ng có hàng nghìn CPU và thanh RAM trong ó. Chúng c n i v i nhau theoự ư đ đượ ố ớ
m t chu n m ng c bi t t c siêu cao ch không xài các th ph thông nh cluster.ộ ẩ ạ đặ ệ ố độ ứ ứ ổ ư
Ngoài ra, m i CPU s có b nh riêng c a nó và m t b n sao h i u hành/ ng d ngỗ ẽ ộ ớ ủ ộ ả ệ đ ề ứ ụ
riêng. MPP hi n chi m 17,8% th ph n siêu máy tính, theo TOP500. Siêu máy tính IBMệ ế ị ầ
Blue Gene/L ( ng th 5 th gi i vào n m 2009) c thi t k d ng MPP.đứ ứ ế ớ ă đượ ế ế ạ