Siêu máy tính là gì? Đặc điểm, cấu tạo và vai trò của siêu máy tính

Trong thời gian trở lại đây, thuật ngữ “siêu máy tính” đã dần trở nên quen thuộc đối với nhiều người. Mỗi khi nhắc đến nó, người ta đều dễ dàng liên tưởng đến những chiếc máy tính lớn có sức mạnh lớn hơn nhiều khi so với những chiếc máy tính thông thường. Vậy khái niệm siêu máy tính là gì, nó được cấu tạo như thế nào và vai trò là gì? Hãy cùng Sho máy chủ tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé. 

Siêu máy tính là gì?

Siêu máy tính hay còn được gọi là Supercomputer, thực chất là một loại máy tính rất khác so với máy tính để bàn và máy tính xách tay thông thường. Bên cạnh đó, nó lớn hơn và có sức mạnh hơn nhiều so với máy tính cá nhân. Vì thế, siêu máy tính không bao giờ được sử dụng để soạn thảo văn bản hay chơi game. 

Đặc điểm của siêu máy tính

Thông thường, một máy tính sử dụng hằng ngày sẽ hoạt động dựa trên nguyên lý xử lý tuần tự. Tức là lấy thông tin (dữ liệu) bằng công đoạn gọi là đầu vào, lưu trữ và xử lý dữ liệu, sau đó sẽ tạo ra một dòng đầu ra (kết quả). 

Còn siêu máy tính hoạt động theo phương pháp hoàn toàn khác đó là xử lý đồng thời những tác vụ, nghĩa là có thể làm nhiều việc một lúc. Hơn nữa, việc xử lý đồng thời cần tập trung nhiều công việc cần xử lý cùng lúc hơn nên siêu máy tính chính là những tập hợp gồm nhiều máy tính khiến cho chúng mang kích thước đồ sộ.

Cấu tạo của siêu máy tính

Để tìm hiểu về cấu tạo của siêu máy tính là gì thì chúng ta hãy cùng đi vào từng phần gồm kiến trúc, phần cứng và phần mềm.

Kiến trúc

Ban đầu, các loại siêu máy tính được Seymour Cray thiết kế dựa trên kỹ thuật tính toán song song và nhỏ gọn để nhằm đạt được hiệu suất tính toán cao. Cụ thể, việc sử dụng một số lượng lớn CPU để thực hiện một tập hợp các phép tính cụ thể được gọi là tính toán song song. Hiện có hai cách áp dụng phổ biến:

• Điện toán phân tán: Gồm nhiều máy tính nhỏ đặt trên toàn quốc được liên kết với nhau thành mạng thông qua một máy trung tâm (Control Node). Trong đó, máy chính sẽ có nhiệm vụ chỉ huy và giao nhiệm vụ cho các máy con xử lý.
• Điện toán tập trung: Các loại siêu máy tính này là một loại cụm máy tính (Computer Cluster), trong đó bao gồm một hệ thống được tạo thành từ nhiều CPU nằm gần nhau. Do những CPU này thường được tìm thấy trong một số lượng lớn các máy tính tương tự. Loại siêu máy tính này thường chiếm hơn 80% hệ thống siêu máy tính trên thế giới. 

Phần cứng

Vào những năm 1970, siêu máy tính chỉ sử dụng một số bộ vi xử lý. Nhưng đến những năm 1990, số lượng CPU của nó đã tăng lên hàng nghìn. Cho đến hiện nay, một siêu máy tính với hàng chục nghìn CPU được coi là bình thường.

Trong các siêu máy cluster, nhiều “node” (nút) nhỏ sẽ được kết hợp để tạo thành một hệ thống lớn. Bên cạnh đó, mỗi nút này đại diện cho một máy tính gần như hoàn thiện, hoàn chỉnh với một hoặc nhiều CPU, nhiều thanh RAM, GPU, cùng với quạt làm mát và một vài thành phần khác. 

Khi đó, các nút sẽ được liên kết theo nhiều cách khác nhau, bao gồm cáp đồng hoặc cáp quang truyền thống để tăng băng thông. Sức mạnh của hệ thống siêu máy tính sẽ được tạo ra từ sức mạnh tổng hợp của tất cả các nút hoạt động cùng nhau. 

Bên cạnh CPU, GPGPU (bộ xử lý đồ họa đa năng) cũng là một thành phần bạn nên biết nếu đang tìm hiểu về phần cứng của siêu máy tính. Đây chính là bộ phận đang được sử dụng để tăng sức mạnh của các loại siêu máy tính. Dễ dàng thấy rằng, GPU được sử dụng để hiển thị hình ảnh và xử lý các tác vụ liên quan đến đồ họa. Tuy nhiên, chúng cũng có thể xử lý dữ liệu và thực hiện một số tác vụ tương tự như CPU. 

Phần mềm

Hiện nay, hệ điều hành của các loại siêu máy tính phổ biến nhất trên thị trường là Linux. Bên cạnh đó, thị phần thấp hơn là Windows và BSD, nhưng chúng không đáng tin cậy và ít phổ biến. 

Do hệ thống siêu máy tính sở hữu kiến trúc tính toán song song, các kỹ thuật lập trình đặc biệt thường được yêu cầu sử dụng để nhằm khai thác tối đa sức mạnh vượt trội của các siêu máy tính. Một số chức năng API như MPI, VTL và PVM được sử dụng, cùng với các giải pháp phần mềm nguồn mở như EBowulf. 

Vai trò của siêu máy tính

Siêu máy tính có vai trò quan trọng  trong việc nghiên cứu khoa học, xử lý và tính toán phức tạp. Hiện nay siêu máy tính đang có tốc độ xử lý hàng nghìn Teraflop (1 Petaflop bằng một nghìn tỷ phép tính trên giây) ngang bằng tổng tốc độ xử lý của 6000 máy tính tiên tiến bậc nhất hiện nay gộp lại. 

Vì thế, siêu máy tính được ứng dụng vào hết các lĩnh vực khoa học như dự báo thời tiết, nghiên cứu khí hậu,… Theo chuyên gia Chris Woodford của Explainthatstuff, xét về mặt lý thuyết, một siêu máy tính có thể được sử dụng cho bất cứ việc gì. Hơn nữa, siêu máy tính còn có tiềm năng trở thành biểu tượng mới của sức mạnh công nghệ.

Như John Kelly là Phó chủ tịch cấp cao về nghiên cứu nhận thức và giải pháp của IBM đã chỉ ra rằng, nếu ai có siêu máy tính mạnh hơn sẽ có thể làm chủ công nghệ. Khi đó, mọi người có thể sử dụng nó để mô hình hóa nhằm dự đoán tương lai, cũng như khám phá những điều chưa biết trong y học, khoa học, cùng với chăm sóc sức khỏe và vật liệu.

Vậy là bài viết trên đã giải thích khái niệm về siêu máy tính là gì cũng như đặc điểm, cấu tạo và vai trò của nó. Mong àng những thông tin của bài viết này thực sự hữu ích với bạn. Đừng quên truy cập vào shop máy chủ mỗi ngày để cập nhật những bài viết mới nhất nhé.