Canh bạc tương lai Microsoft đặt vào một con chip (phần 1)

Gã khổng lồ phần mềm sẽ không sống bằng phần mềm mà đặt cả tương lai vào canh bạc phần cứng có tên chip “FPGA”.

Microsoft đặt cược cả tương lai vào một bảng mạch như thế này.

FPGA (field-programmable gate array) là một loại mạch tích hợp cỡ lớn dùng cấu trúc mảng phần tử logic mà người dùng có thể lập trình được.

Mọi việc bắt đầu từ cách đây 4 năm khi Doug Burger, nhà nghiên cứu về chip máy tính đứng trước Steve Ballmer, khi đó là CEO Microsoft, tại tòa nhà Building 99 nơi đặt trung tâm R&D của Microsoft.

Doug Burger trình bày với ban lãnh đạo ý tưởng mới mà ông gọi là Project Catapult (Dự án Catapult). Về cơ bản, Project Catapult sẽ trang bị cho tất cả máy chủ Microsoft (hàng triệu chiếc) loại chip chuyên dụng có thể tái lập trình cho những nhiệm vụ cụ thể.

Khi đó, Microsoft có hơn 40 năm làm phần mềm PC như Windows, Word, Excel, nhưng hãng chưa có các công cụ và kỹ sư giỏi chuyên môn để lập trình chip máy tính. Công việc này rất phức tạp, mất thời gian, tốn kém, và quá phiêu lưu ở thời điểm đó.

Doug Burger nói với Ballmer rằng những công ty như Google và Amazon đã đi theo hướng đó, và rằng những hãng sản xuất phần cứng lớn sẽ không cung cấp đủ những thứ Microsoft cần để chạy các dịch vụ trực tuyến của riêng mình.

Doug Burger, trưởng nhóm Dự án Project Catapult.

Microsoft có thể rơi vào tình cảnh tụt hậu nếu không tự làm phần cứng. Ballmer lại không muốn bỏ tiền ra mua. Cuộc trao đổi còn có thêm Qi Lu, khi đó đang lãnh đạo bộ phận tìm kiếm Bing. Qi Lu là người ủng hộ ý tưởng Microsoft tự mình phát triển FPGA.

FPGA – “lá bài” số phận

Ngày nay, những con chip có thể lập trình mà Burger và Lu tin rằng chúng sẽ biến đổi thế giới này đã xuất hiện. Người ta gọi chúng là FPGA, vốn đang cung cấp sức mạnh cho công cụ tìm kiếm Bing, và trong vài tuần tới đây chúng sẽ hỗ trợ những thuật toán tìm kiếm mới dựa trên mạng thần kinh sâu – một dạng trí tuệ nhân tạo (AI) dựa trên cấu trúc não người của Microsoft.

Dạng trí tuệ nhân tạo này có thể phân tích và xử lý dữ liệu nhanh hơn nhiều so với loại chip thông thường. Nếu như chip thường cần tới 4 giây để xử lý xong thì trí tuệ nhân tạo chỉ cần 23 milligiây.

Bảng mạch FPGA mang tên “Project Catapult”.

FPGA cũng sẽ là nền tảng vững chắc cho Azune, dịch vụ điện toán đám mây của Microsoft. Những năm tới đây, tất cả máy chủ mới của Microsoft đều sẽ sử dụng FPGA.

Project Catapult là chỉ dấu hiệu cho thấy sự thay đổi căn bản trong cách thức hoạt động của hệ thống thông tin toàn cầu tương lai. Những tên tuổi lớn như Amazon của Mỹ, Baidu của Trung Quốc, các công ty Internet khổng lồ đang dần chuyển sang hướng tự cung tự cấp phần cứng để bắt kịp nhanh hơn với xu thế trí tuệ nhân tạo.

Microsoft hiện phải chi khoảng 5-6 tỉ USD mỗi năm cho phần cứng cần thiết để chạy toàn bộ dịch vụ trực tuyến của hãng. Satya Nadella, người giữ chức CEO Microsoft từ năm 2014, nói rằng việc này đang được xem là ưu tiên hàng đầu chứ không còn nằm trong phòng thí nghiệm hoặc đang trong quá trình R&D.

Đây đích xác là những gì mà Burger đã trình bày với Ballmer. Nhóm của ông đã mất vài năm để thiết kế đi thiết kế lại các mẫu sản phẩm nhằm cho ra cái gọi là siêu máy tính toàn cầu mới.

Tham gia nhóm của Burger có Putnam, người từng nghiên cứu 5 năm về FPGA tại Đại học Washington. Trong khi đó, Burger có 9 năm làm giáo sư khoa học máy tính tại Đại học Texas, chuyên về vi xử lý và thiết kế chip mới – EDGE.

Nhóm Project Catapult bao gồm Adrian Caulfield, Eric Chung, Doug Burger, và Andrew Putnam .

Chính Burger đã đưa Putnam về Microsoft năm 2009 khi ông bắt đầu có ý tưởng dùng chip FPGA để tăng tốc các dịch vụ trực tuyến của hãng. Và Bing chính là “vật thí nghiệm” hoàn hảo để nhóm bắt tay vào thực hiện.

Công cụ tìm kiếm của Microsoft là một dạng dịch vụ trực tuyến đơn lẻ chạy trên hàng nghìn máy chủ khác nhau. Mỗi máy chủ là một CPU do Intel cung cấp. Mặc dù trong những năm qua, Intel liên tục cải tiến vi xử lý nhưng nó không thể đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của phần mềm, đặc biệt là trí tuệ nhân tạo.

Các dịch vụ như Bing đã vượt quá ranh giới của Định luật Moore, vốn là thước đo nền tảng của chip Intel. Đương nhiên, Intel không thể cứ gắn thêm CPU vào là xong. Họ không thể đáp ứng kịp tốc độ phát triển siêu nhanh của các nhà cung cấp dịch vụ trực tuyến như Microsoft.

Trong khi đó, việc tạo ra các con chip đặc biệt, có thể tùy biến theo nhiệm vụ riêng là rất đắt đỏ. FPGA rõ ràng là mục tiêu số 1. Chúng cho phép các kỹ sư có thể tạo nên những con chip nhanh hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn so với loại CPU truyền thống. Ngoài ra, chip mới còn cho phép xử lý các vấn đề phát sinh khi công nghệ hoặc mô hình kinh doanh thay đổi.

Nhóm của Burger đã tạo ra mô hình mẫu có thể chạy các thuật toán máy học của Bing nhanh gấp 100 lần so với phần cứng thông thường.

Kiến trúc công nghệ tương lai

Mô hình mẫu đầu tiên của Burger đã cho thấy tiềm năng của FPGA. Nhóm của ông sau đó phát triển mô hình mẫu tiếp theo có thể gắn vào từng máy chủ. Nó giống như bảng mạch, mỗi chiếc chứa một mạch FPGA.

Bảng mạch này có thể kết nối tới các mạch FPGA trên tất cả máy chủ khác, tạo thành một hệ thống chip lập trình cực lớn tạo cho Bing sức mạnh không giới hạn.

Thiết kế mẫu Project Catapult đầu tiên.

Qi Lu rất kết mô hình thứ hai. Ông đã chi tiền cho Burger xây dựng và thử nghiệm FPGA trên 1.600 máy chủ lớn. Nhóm của Burger mất 6 tháng để làm phần cứng với sự trợ giúp của các nhà sản xuất Trung Quốc và Đài Loan.

Vài tháng trong khoảng thời gian từ 2013 tới 2014, các thử nghiệm FPGA dùng để chạy thuật toán máy học trên Bing đạt kết quả nhanh gấp 40 lần so với trước đây. Mùa hè năm 2014, Microsoft chính thức chuyển sang dùng phần cứng FPGA cho các trung tâm máy chủ của Bing…*Còn tiếp.

Gia Nguyễn

Theo Zing