Các nhà khoa học của hãng IBM cam kết sẽ rất nhanh chóng giảm được độ lớn các bộ vi xử lý của những chiếc siêu máy tính mạnh nhất thế giới xuống tới kích thước của một viên đường, nghĩa là chỉ tương đương 1cm. Họ cho biết mục đích cải tiến mang tính đột phá của họ chỉ nhằm giảm năng lượng tiêu thụ c...
Các nhà khoa học của hãng IBM cam kết sẽ rất nhanh chóng giảm được độ lớn các bộ vi xử lý của những chiếc siêu máy tính mạnh nhất thế giới xuống tới kích thước của một viên đường, nghĩa là chỉ tương đương 1cm.
Họ cho biết mục đích cải tiến mang tính đột phá của họ chỉ nhằm giảm năng lượng tiêu thụ chứ không nhằm giảm kích thước của những chiếc siêu máy tính tương lai.
Bộ vi xử lý của siêu máy tính chỉ có kích thước bằng 1 viên đường. (Ảnh: Kp.ru).
Theo người lãnh đạo dự án là Tiến sĩ Bruno Michel, Phòng thí nghiệm của IBM tại Zurich, tới đây, giá của một chiếc máy tính sẽ phụ thuộc vào mức độ tiết kiệm năng lượng nhiều hơn vào tốc độ tính toán của nó. Chi phí để duy trì hoạt động của bộ phận xử lý dữ liệu trong thiết bị sẽ cao hơn giá của chính thiết bị.
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo ra một thiết bị mẫu để minh họa nguyên lý của bộ phận làm nguội bằng nước, gọi là Aquasar, chỉ to bằng một chiếc tủ lạnh bình thường. Theo tính toán, Aquasar tiêu thụ năng lượng chỉ bằng nửa những chiếc siêu máy tính trên thế giới hiện nay.
Trước đây, người ta lên danh sách TOP-500 những chiếc máy tính nhanh nhất và phân loại chúng theo công suất thì từ nay sẽ là danh sách “Green 500” và phân loại chúng theo mức tiết kiệm năng lượng. Cách đây không lâu các siêu máy tính trong danh sách này có thể thực hiện được 770 triệu phép tính trong một giây và tiêu thụ 1 watt năng lượng.
Aquasar có tốc độ cao hơn tới 1,5 lần, thực hiện được 1,1 tỷ phép tính trong 1 giây. Nhiệm vụ thu nhỏ kích thước được đặt ra. Các nhà khoa học đã đưa ra mục tiêu là 10-15 năm nữa, họ sẽ giảm toàn hệ đến kích thước một viên đường.
Tại cuộc họp báo, Tiến sĩ Michel tuyên bố một cách tự hào: “Chúng tôi sẽ chế tạo ra những siêu máy tính nhỏ bằng một viên đường, bố trí những bộ vi xử lý nằm chồng lên nhau, nhưng ngăn cách với nhau bằng những kênh làm lạnh bằng nước, không dày hơn một sợi tóc. Nếu khoảng cách giữa các bộ vi xử lý lớn thì sẽ ảnh hưởng xấu đến tốc độ làm việc của máy và toả ra nhiều nhiệt nên việc bố trí các con chip gần nhau sẽ đồng thời giải quyết được cả 3 vấn đề: tốc độ, kích thước và tiêu thụ năng lượng".
Một trong những yêu cầu kỹ thuật đối với các kỹ sư là bảo đảm sự kết nối giữa các con chip, làm việc như một chất dẫn điện và không thấm nước. Nhưng các chuyên gia tin rằng có thể khắc phục được điều này không quá khó khăn.
Các nhà khoa học thuộc IBM đang theo đuổi mục tiêu từng giống chuyện viễn tưởng: thu nhỏ bộ vi xử lý của những siêu máy tính mạnh nhất thế giới xuống kích thước chỉ tương đương một viên đường, khoảng 1cm.
Điểm đáng chú ý nằm ở chỗ kế hoạch này không nhằm biến toàn bộ siêu máy tính tương lai thành những vật thể nhỏ xíu, mà tập trung chủ yếu vào việc cắt giảm năng lượng tiêu thụ.
Nếu thành công, những bộ xử lý cực mạnh sẽ cần ít điện hơn, tỏa ít nhiệt hơn, đồng thời mở ra cách thiết kế mới cho các hệ thống tính toán hiệu năng cao trong tương lai.
Theo Tiến sĩ Bruno Michel, người lãnh đạo dự án tại Phòng thí nghiệm IBM ở Zurich, giá trị của một chiếc máy tính rồi đây có thể phụ thuộc nhiều hơn vào khả năng tiết kiệm năng lượng thay vì chỉ dựa trên tốc độ tính toán.
Ông cho rằng chi phí duy trì hoạt động của bộ phận xử lý dữ liệu sẽ có lúc vượt qua chính giá mua thiết bị, khiến mức tiêu thụ điện trở thành yếu tố quyết định trong công nghệ siêu máy tính.
Quan điểm này phản ánh một thay đổi quan trọng, bởi những cỗ máy càng mạnh thường càng cần nhiều điện, đồng thời phải giải quyết lượng nhiệt lớn phát sinh trong quá trình vận hành.
Để minh họa nguyên lý làm nguội bằng nước, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thiết bị mẫu mang tên Aquasar, với kích thước chỉ tương đương một chiếc tủ lạnh thông thường.
Aquasar sử dụng hệ thống làm mát bằng nước nhằm lấy nhiệt trực tiếp từ khu vực xử lý, qua đó giảm gánh nặng cho những phương pháp tản nhiệt truyền thống vốn tiêu tốn đáng kể năng lượng.
Theo tính toán được công bố, thiết bị này chỉ tiêu thụ lượng năng lượng bằng một nửa so với những siêu máy tính đang tồn tại trên thế giới hiện nay.
Sự xuất hiện của Aquasar cũng gắn với cách đánh giá mới về thành tựu trong lĩnh vực tính toán hiệu năng cao, nơi tốc độ không còn là tiêu chí duy nhất để xếp hạng.
Trước đây, danh sách TOP-500 tập hợp những máy tính nhanh nhất thế giới, sau đó phân loại chúng chủ yếu dựa trên công suất tính toán đạt được.
Từ nay, giới nghiên cứu hướng sự chú ý thêm vào danh sách “Green 500”, nơi các hệ thống được xem xét theo mức tiết kiệm năng lượng trong khi vẫn duy trì năng lực xử lý.
Cách đây không lâu, các siêu máy tính trong danh sách liên quan có thể thực hiện khoảng 770 triệu phép tính mỗi giây với mức tiêu thụ một watt năng lượng.
Aquasar cho thấy hiệu suất cao hơn tới 1,5 lần, đạt khoảng 1,1 tỷ phép tính trong một giây, nhờ cách tiếp cận chú trọng đồng thời vào tốc độ xử lý và khả năng kiểm soát nhiệt.
Những con số này cho thấy một thiết bị không nhất thiết phải tiêu thụ nhiều điện hơn chỉ để thực hiện được nhiều phép tính hơn trong cùng một khoảng thời gian.
Mục tiêu tiếp theo của nhóm IBM còn tham vọng hơn, khi các nhà khoa học đặt thời hạn khoảng 10 đến 15 năm để thu nhỏ toàn bộ hệ thống xuống kích thước một viên đường.
Kích thước được nhắc tới không chỉ nói về một con chip riêng lẻ, mà liên quan đến cách bố trí nhiều bộ vi xử lý trong một cấu trúc cực kỳ cô đặc và hiệu quả.
Để đạt được điều đó, công nghệ phải đồng thời xử lý bài toán kết nối, tản nhiệt, truyền điện và duy trì hiệu năng ổn định trong không gian rất hạn chế.
Theo mô tả của Tiến sĩ Michel, các bộ vi xử lý sẽ được bố trí chồng lên nhau, giữa chúng là những kênh làm lạnh bằng nước có độ dày không lớn hơn một sợi tóc.
Cấu trúc xếp lớp này giúp rút ngắn khoảng cách giữa các con chip, bởi khoảng cách lớn có thể làm giảm tốc độ làm việc và khiến lượng nhiệt tỏa ra tăng lên.
Khi các chip nằm gần nhau hơn, thiết kế ấy được kỳ vọng giải quyết đồng thời ba vấn đề gồm tốc độ xử lý, kích thước hệ thống và mức tiêu thụ năng lượng.
Tuy nhiên, ý tưởng thu nhỏ chưa thể trở thành sản phẩm chỉ bằng việc xếp chồng các bộ xử lý, bởi mỗi thành phần phải hoạt động tin cậy trong môi trường có nước làm mát ở khoảng cách rất gần.
Một yêu cầu kỹ thuật quan trọng đặt ra cho các kỹ sư là bảo đảm kết nối giữa những con chip vừa làm nhiệm vụ như chất dẫn điện, vừa không cho nước thấm qua gây hư hỏng.
Các chuyên gia IBM tin rằng thách thức này có thể được khắc phục, dù hành trình biến bộ xử lý siêu máy tính thành thiết bị nhỏ bằng viên đường vẫn cần nhiều nghiên cứu và thử nghiệm.
