Dùng siêu máy tính để phát triển AI

Sức mạnh của các siêu máy tính hàng đầu thế giới ngày càng phù hợp với những thuật toán học máy, hỗ trợ quá trình phát triển AI.

Các siêu máy tính thường tham gia một bài kiểm tra được tổ chức hai lần mỗi năm để xếp hạng hiệu năng.

Mỗi cỗ máy có trị giá hàng trăm triệu USD, sử dụng hàng trăm nghìn bộ vi xử lý, chiếm diện tích bằng cả một nhà kho lớn, tiêu thụ năng lượng khổng lồ và thực hiện được những phép toán với tốc độ không tưởng. Toàn bộ năng lực xử lý này được dùng để giải quyết những thử thách khó nhất của nhân loại, như xây dựng mô hình thời tiết hoặc mô phỏng chuỗi protein để chữa bệnh.

Siêu máy tính Summit của Mỹ giữ ngôi vị nhanh nhất thế giới trong hai năm qua. Tuy nhiên, nó đã bị hệ thống Fugaku của Nhật Bản vượt mặt.

Fugaku đạt tốc độ 415 petaflops, tương đương 415 triệu tỷ phép tính/giây, theo công cụ đo hiệu năng Linpack (HP-L). Điều đó có nghĩa là toàn bộ người dân trên thế giới sẽ phải thực hiện một phép toán/giây liên tục trong 20 tháng không nghỉ để làm được điều mà Fugaku hoàn thành trong chớp mắt.

Lần gần đây nhất nước Nhật sở hữu siêu máy tính nhanh nhất thế giới là năm 2011 với máy tính K. Fugaku được phát triển bởi Viện Riken và tập đoàn Fujitsu, tiêu tốn khoảng một tỷ USD và gần 10 năm chế tạo. Nó không sử dụng bộ xử lý đồ họa, cũng là siêu máy tính hạng nhất đầu tiên sử dụng bộ xử lý ARM, vốn xuất hiện trong những thiết bị di động.

Bên cạnh đó, Fugaku hoạt động cực nhanh trong lĩnh vực học máy.

Bộ não AI hàng đầu thế giới

Siêu máy tính thường được dùng vì mục đích quân sự và nghiên cứu khoa học, nhưng chúng ngày càng được tối ưu cho các thuật toán học máy. Siêu máy tính Summit của Mỹ cũng được thiết kế để vận hành AI.

Fugaku sẽ trở thành một bộ não AI không có đối thủ. Công cụ đo hiệu năng AI (HPL-AI) cho thấy siêu máy tính Nhật có thể thực hiện những phép tính dùng trong thuật toán học máy với tốc độ 1,4 exaflops, tương đương 1,4 tỷ tỷ phép tính/giây, nhanh nhất thế giới.

Siêu máy tính Fugaku. Ảnh: Riken.

Máy tính đạt tốc độ exaflops theo phương pháp đánh giá truyền thống như HP-L được coi là cột mốc quan trọng tiếp theo trong lĩnh vực tính toán lớn và đã được chờ đón hơn 10 năm qua. Hệ thống đầu tiên có thể ra mắt trong hai năm tới. Tuy nhiên, nếu xét về công nghệ học máy, Fugaku đã trở thành máy tính exaflops đầu tiên.

Đây là điều rất quan trọng vì các nhà nghiên cứu AI đang phát triển thuật toán học máy với tốc độ rất nhanh. OpenAI mới ra mắt thuật toán xử lý ngôn ngữ GPT-3 với 175 tỷ thông số và khả năng học, thực hiện hàng loạt tác vụ khác nhau.

OpenAI cũng hợp tác với Microsoft để góp vốn chế tạo siêu máy tính chuyên phục vụ nỗ lực phát triển học máy. Microsoft cho rằng đây có thể là siêu máy tính nhanh thứ 5 thế giới khi ra mắt.

Liệu sức mạnh xử lý đơn thuần có đủ sức thúc đẩy những đột phá trong học máy hay không vẫn là đề tài tranh luận, nhưng rõ ràng các nhà khoa học hiện nay đã có thể thử nghiệm giả thuyết đó trong thực tế.

Sức mạnh của siêu máy tính

Dù nhằm phục vụ mục đích quân sự, khoa học hay AI, sức mạnh xử lý của siêu máy tính vẫn là chiến trường cạnh tranh giữa nhiều nước.

Mỹ và Trung Quốc liên tục thế chỗ nhau trong danh sách các siêu máy tính nhanh nhất thế giới suốt 10 năm qua. Mỹ gần đây chiếm hai vị trí hàng đầu, nhưng Trung Quốc đã giữ hạng nhất gần 5 năm với hệ thống Sunway TaihuLight và Tianhe-2A. Trung Quốc sở hữu 226 hệ thống trong danh sách 500 siêu máy tính nhanh nhất thế giới, nhiều gần gấp đôi con số 114 của Mỹ.

Nhật Bản không thể chạy đua với Mỹ và Trung Quốc, nhưng cũng không quá thua kém khi là nước sở hữu nhiều siêu máy tính thứ ba trong danh sách với 30 hệ thống. Dù số lượng ít hơn nhiều, các siêu máy tính Nhật đạt tốc độ tổng cộng 530 petaflops, so với 565 của Trung Quốc và 644 của Mỹ.

Fugaku nhiều khả năng không giữ được ngôi vị hiện nay quá lâu, khi Mỹ và Trung Quốc cũng đang phát triển các hệ thống exaflops.

Siêu máy tính Aurora và Frontier của Mỹ dự kiến ra mắt trong năm sau, hệ thống thứ ba là El Capitan có thể xuất hiện trong năm 2022. Trung Quốc cũng đang chế tạo ba siêu máy tính exaflops, chiếc đầu tiên có thể hoàn thành vào năm 2021.

Tính toán đại dịch

Vẫn còn nhiều việc cần làm trong lúc thế giới chờ thành quả từ những hệ thống exaflops.

Riken đã đưa Fugaku vào hoạt động sớm hơn một năm so với kế hoạch vì đại dịch Covid-19. Hệ thống này đang xử lý dữ liệu phục vụ các dự án phát triển vaccine và phương thức điều trị, cũng như tìm hiểu cách nCoV lây lan và phương án ngăn chặn nó.

Satoshi Matsuoka, Giám đốc Trung tâm Khoa học Máy tính Riken, cho biết tốc độ của Fugaku đã được thể hiện. Nó chỉ mất 3 tiếng để xử lý xong lượng dữ liệu mà siêu máy tính K phải mất nhiều tuần thực hiện. Fugaku cũng không đơn độc trong cuộc chiến với Covid-19.

Hiệp hội Máy tính Hiệu suất cao Covid-19 (CHPCC) đã tập hợp được 41 siêu máy tính với tổng tốc độ 483 petaflops để tham gia 66 dự án, trong đó có những chương trình nghiên cứu về đặc tính sinh học và phương án điều trị nCoV.