Siêu máy tính Trung Quốc đạt bước nhảy vọt mới: Dùng hoàn toàn CPU và GPU nội địa, nhưng đạt hiệu năng gấp 10 lần siêu máy tính Mỹ dùng NVIDIA

Các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc vừa công bố kết quả cho thấy hệ thống siêu máy tính chạy trên GPU sản xuất trong nước có khả năng đạt hiệu năng tính toán gấp gần 10 lần so với các siêu máy tính mạnh của Mỹ dựa trên chip NVIDIA. Theo báo cáo trên Tạp chí Kỹ thuật Thủy lợi Trung Quốc, phát hiện này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong nỗ lực “vượt rào” hạn chế công nghệ khi Mỹ liên tục thắt chặt các lệnh trừng phạt.

Những mô phỏng khoa học và kỹ thuật ở quy mô lớn, như dự báo lũ lụt hay tính toán thủy văn, thường đòi hỏi nguồn tài nguyên siêu máy tính cực kỳ lớn. Với Trung Quốc, bài toán này càng phức tạp do nước này phụ thuộc vào các GPU tiên tiến từ nước ngoài cũng như bị giới hạn bởi hệ sinh thái phần mềm CUDA của NVIDIA.

Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu do giáo sư Nan Tongchao dẫn đầu, thuộc Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về Thủy văn và Kỹ thuật Thủy lợi (Đại học Hohai, Nam Kinh), đã phát triển một mô hình tính toán “đa node, đa GPU” dựa hoàn toàn trên CPU và GPU nội địa.

Giải pháp này được xây dựng theo hướng kết hợp nhiều GPU trong một nút tính toán để khắc phục hạn chế về phần cứng, đồng thời tối ưu hóa việc trao đổi dữ liệu giữa các nút thông qua kỹ thuật phần mềm do nhóm tự phát triển.

Trước đây, phòng thí nghiệm Oak Ridge National Laboratory (Mỹ) cũng triển khai mô hình TRITON nhằm dự báo lũ lụt, vận hành trên siêu máy tính Summit với GPU NVIDIA. Tuy vậy, dù được trang bị 64 node tính toán, tốc độ của TRITON chỉ tăng khoảng 6 lần so với chạy đơn lẻ.

Trong khi đó, giáo sư Nan đề xuất kiến trúc mới cho phép kết hợp nhiều GPU vào trong một node, để bù đắp sự thiếu hụt về hiệu năng của GPU và CPU Trung Quốc so với các sản phẩm của nước ngoài. Ngoài ra ông cũng cải thiện khả năng trao đổi dữ liệu giữa các node ở cấp độ phần mềm để giảm tải sự quá nhiệt xảy ra khi giao tiếp giữa chúng.

Toàn bộ cấu hình máy chủ của nhóm nghiên cứu sử dụng nền tảng x86 trong nước, trang bị CPU Hygon 7185 (32 lõi, 64 luồng, xung nhịp 2,5 GHz) và GPU nội địa có dung lượng bộ nhớ 128GB, băng thông mạng 200 Gb/s. Theo bài báo công bố, việc tích hợp nhiều GPU trong một nút kết hợp với giải pháp phần mềm giảm tải truyền thông liên nút chính là nhân tố then chốt giúp khai thác tối đa năng lực của phần cứng “made in China.”

Nhờ đó, giải pháp mới của giáo sư Nan chỉ cần 7 node đã nhân tốc độ xử lý lên gấp 6 lần, đồng nghĩa với việc sử dụng số node ít hơn đến 89% so với TRITON của Mỹ. Ở quy mô lớn hơn, nhóm của ông dùng 200 node với 800 GPU để mô phỏng đập Chuangli (tỉnh Sơn Đông) trong vòng ba phút, đạt hiệu suất cao hơn 160 lần so với phiên bản gốc, vượt xa khả năng mà TRITON thể hiện.

Kết quả này không chỉ có ý nghĩa về mặt công nghệ, khi cho thấy Trung Quốc đang dần xóa bỏ khoảng cách so với tiêu chuẩn nước ngoài trong lĩnh vực siêu máy tính, mà còn mở ra tiềm năng ứng dụng thực tế rất lớn.

Chạy các mô phỏng lũ lụt trong thời gian ngắn cho phép cảnh báo, phản ứng với mực nước dâng hoặc kịch bản vỡ đê diễn ra hiệu quả hơn. Tương tự, những công nghệ tính toán mô phỏng này có thể được áp dụng trong các nghiên cứu khác về thủy văn-khí tượng, tương tác nước mặt – nước ngầm hay bồi lắng phù sa.

Nhóm nghiên cứu đã mở mã nguồn của hệ thống, tạo điều kiện để cộng đồng khoa học quốc tế tiếp tục phát triển và kiểm chứng tính bền vững trong nhiều bối cảnh khác nhau. Dù còn những nghi ngại về việc chỉ cải tiến phần mềm liệu có đủ sức bắt kịp trình độ phần cứng cao cấp hay không, thành công ban đầu của các GPU nội địa cho thấy tiềm năng đột phá của Trung Quốc trong việc giảm dần phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài và khẳng định nỗ lực bền bỉ trong tham vọng vươn lên ở lĩnh vực siêu máy tính.