Siêu máy tính Sunway OceanLight hiệu suất hàng đầu gợi ý cách Trung Quốc lách lệnh trừng phạt từ Mỹ

Sử dụng chip được nâng cấp trong nước, siêu máy tính Sunway mới (được gọi là Sunway OceanLight) có hiệu suất chỉ đứng sau hệ thống mạnh nhất thế giới Frontier do Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge của Bộ Năng lượng Mỹ xây dựng và quản lý.

Theo một nhà khoa học máy tính Trung Quốc yêu cầu giấu tên, Sunway OceanLight không phải là siêu máy tính mạnh nhất Trung Quốc ở thời điểm hiện tại. Song sau khi thông tin chi tiết về Sunway OceanLight được đưa ra tại hội nghị SC23 (Siêu máy tính 2023) ở thành phố Denver (Mỹ) vào đầu tháng 11, nó đã cung cấp công chúng một số gợi ý về cách Trung Quốc vượt qua các lệnh trừng phạt từ Mỹ để chế tạo siêu máy tính của riêng mình.

Dù các chip nội địa mà Sunway OceanLight sử dụng không mạnh mẽ bằng phiên bản của Mỹ, những nhà khoa học Trung Quốc đã tăng số lõi trong máy. Điều này làm tăng mức tiêu thụ năng lượng, kích thước và chi phí vận hành siêu máy tính. Song bất chấp những hạn chế của biện pháp cần thiết để lách lệnh trừng phạt từ Mỹ, kết quả đạt được là một cỗ máy nhanh và mạnh mẽ.

Sunway OceanLight có tốc độ 1 tỉ tỉ phép tính mỗi giây, được biểu thị bằng 5 phép tính phép toán dấu chấm động mỗi giây (exaflop) theo tiêu chuẩn gọi là HPL mixed precision, một phương pháp kỹ thuật để đo hiệu suất của siêu máy tính. Nó chỉ kém hiệu suất của Frontier với điểm số 9,95 exaflop. Sunway OceanLight cũng có hơn 41 triệu lõi CPU, gần gấp 5 lần so với Frontier.

Sunway OceanLight cũng vượt qua các siêu máy tính hàng đầu, gồm cả Frontier, về hiệu quả tính toán. Nó có thể duy trì hơn 85% hiệu suất cao nhất trong hoạt động thường xuyên, xếp hạng cao nhất trong số tất cả hệ thống không đồng nhất (loại kiến trúc siêu máy tính phổ biến) và đứng thứ hai trong số tất cả hệ thống.

Trong khi đó, siêu máy tính mạnh nhất Trung Quốc vẫn chưa được tiết lộ và các chip siêu máy tính khác đang được phát triển, theo nhà khoa học Trung Quốc làm việc tại một trường đại học hàng đầu nước này.

Sunway OceanLight là phiên bản cải tiến của Sunway TaihuLight, được phát triển bởi Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia về Kỹ thuật và Công nghệ Máy tính Song song ở thành phố Vô Tích, tỉnh Giang Tô.

Sunway TaihuLight từng đứng số 1 trong danh sách top 500 siêu máy tính, bảng xếp hạng có ảnh hưởng nhất trong 500 hệ thống siêu máy tính nhanh nhất thế giới. Nó giữ vị trí dẫn đầu từ năm 2016 đến 2018 nhưng đã tụt xuống thứ 11 trong bảng xếp hạng mới nhất.

Sunway OceanLight được củng cố bởi bộ xử lý mạnh hơn, CPU Sunway SW26010 Pro. Đây là phiên bản nâng cấp của Sunway SW26010 được sử dụng trong TaihuLight.

So với phiên bản trước, Sunway SW26010 Pro đã có những cải tiến về tốc độ xung nhịp, tập lệnh và băng thông bộ nhớ, mang lại hiệu suất tăng gấp bốn lần.

Sau khi đọc tin tức trực tuyến gần đây về siêu máy tính, một nhà khoa học Trung Quốc tỏ ra không hề ngạc nhiên. Ông nói với tờ SCMP: “Bộ xử lý này không phải là mới. Nó đã được sử dụng trong các hệ thống siêu máy tính của Trung Quốc trong 2 hoặc 3 năm qua, nhưng mới được công chúng, đặc biệt là phương Tây biết đến”.

Các nhà khoa học được phỏng vấn cho biết SW26010 Pro là chip tự sản xuất trong nước nhằm mục đích tăng cường khả năng siêu máy tính và khả năng tự lực của Trung Quốc, nhưng nó vẫn chưa ngang tầm với các đối thủ tiên tiến nhất của nước này.

Để giải quyết vấn đề đó, trong hệ thống Sunway OceanLight, các nhà khoa học Trung Quốc đã sử dụng chiến lược mà dù từng chip kém hơn nhưng sử dụng số lượng lõi nhiều hơn (đơn vị tính toán cơ bản) để nâng cao hiệu suất của siêu máy tính.

Nhà khoa học của trường đại học hàng đầu Trung Quốc cho biết: “Các lệnh trừng phạt với chip khiến những siêu máy tính Trung Quốc phải dựa vào nhiều lõi hơn để đạt được kết quả tương tự. Điều đó tương đương với một nhiệm vụ có thể được thực hiện bởi 3 người trẻ, nhưng cần 5 đến 10 người cao tuổi để hoàn thành”.

Siêu máy tính là một hệ thống khổng lồ kết nối nhiều nút (máy tính), trong đó mỗi nút chứa nhiều chip có nhiều lõi.

So với phiên bản trước, SW26010 Pro có sự gia tăng số cụm lõi từ 4 lên 6, với mỗi cụm chứa 64 lõi, nâng tổng số lõi lên 384 lõi.

Theo bài báo, Sunway TaihuLight được trang bị hơn 100.000 chip và hơn 41 triệu lõi, nhưng do những hạn chế như bộ nhớ trên chip và băng thông mạng của bộ xử lý, hệ thống phải được tối ưu hóa cẩn thận.

“Thật vui khi biết rằng Trung Quốc đã phát triển một chip được thiết kế đặc biệt cho siêu máy tính và một số hiệu suất cơ bản của nó cho thấy kết quả đầy hứa hẹn. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều điều chưa biết và thách thức”, một nhà khoa học máy tính tên Liu, từ chối sử dụng tên đầy đủ, nhận xét.

Dưới sự kiểm soát công nghệ bán dẫn từ Mỹ, Trung Quốc đã không thể tiếp cận được những chip tiên tiến nhất, buộc các nhà chế tạo siêu máy tính trong nước này phải tìm các phương pháp thay thế để lách các lệnh trừng phạt và giảm thiểu tác động của chúng. Đó là nguyên nhân dẫn đến việc sử dụng nhiều lõi, Liu nói.

Theo Liu, nếu một chip có thể tích hợp nhiều lõi hơn, điều đó đồng nghĩa nó có thể chia một nhiệm vụ thành các nhiệm vụ phụ nhỏ hơn rồi xử lý chúng song song và hiệu suất tính toán thường sẽ cao hơn. Tuy nhiên, nhược điểm là tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.

Trên thực tế, mức tiêu thụ năng lượng cao là thách thức đáng kể với siêu máy tính. Tiết kiệm năng lượng cũng là thước đo quan trọng khi đánh giá các hệ thống siêu máy tính.

Điểm đáng chú ý là Sunway TaihuLight vượt xa số 8,7 triệu lõi của Frontier.

Liu cho biết: “Dù điều này có thể chứng tỏ khả năng tính toán song song mạnh mẽ của Sunway TaihuLight nhưng nó cũng có khả năng dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng cao hơn”. Ông lưu ý rằng một vấn đề khác là hiệu quả chi phí của hệ thống.

Frontier được hỗ trợ bởi các chip đa năng của AMD (Mỹ). Ngược lại, công ty Trung Quốc sử dụng chip được thiết kế riêng. Cách tiếp cận này có thể đặt ra những thách thức về mặt sản xuất hàng loạt và liệu giá cả có hợp lý hay không vẫn chưa được biết khi chưa đạt đến quy mô sản xuất nhất định.

Các lệnh trừng phạt từ Mỹ cũng như mối quan hệ ngày càng xấu đi của Trung Quốc với Mỹ những năm gần đây khiến các tổ chức nghiên cứu siêu máy tính ngừng gửi dữ liệu vào danh sách top 500, gồm cả thông tin về sự phát triển và hiệu suất siêu máy tính.

Kể từ đó, thế giới biết rất ít về khả năng siêu máy tính của Trung Quốc. Dù vậy, quốc gia này chưa bao giờ dừng mục tiêu trở thành siêu cường trong lĩnh vực này.

Năm 2018, truyền thông nhà nước Trung Quốc đưa tin nước này đã hoàn thành ba hệ thống exascale nguyên mẫu: Sunway OceanLight được phát triển ở Vô Tích, Tianhe-3 của Trung tâm Siêu máy tính Quốc gia Thiên Tân và một chiếc của hãng Sugon (Trung Quốc) cho Trung tâm Siêu máy tính Quốc gia ở Thâm Quyến.

Ba siêu máy tính thế hệ tiếp theo có thể đã hoạt động ở Trung Quốc, Giáo sư Jack Dongarra của Đại học Tennessee (từng đoạt giải Turing) nói trong một cuộc phỏng vấn với SCMP hồi tháng 9.

Trong bối cảnh Trung Quốc im lặng, thông tin về Sunway OceanLight nổi lên tại hội nghị SC23 vì một bài viết học thuật được trình bày ở đó. Bài viết được dẫn dắt bởi một nhóm các nhà khoa học từ Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia về Kỹ thuật & Công nghệ Máy tính Song song của Trung Quốc và Đại học Thanh Hoa.