Phân biệt các đời CPU Intel và APU AMD qua logo thương hiệu

Hôm qua khi Intel giới thiệu Haswell, thế hệ Core i thứ 4, nhiều người đã có cùng câu hỏi là làm cách nào nhanh nhất để phân biệt một máy tính sử dụng chip Haswell so với những máy tính dùng chip thế hệ cũ, ví dụ Ivy Bridge hoặc Sandy Bridge. Câu trả lời của phía Intel đó là để ý vào cái logo thương hiệu Core i dán trên máy thì chúng ta có thể nhanh chóng nhận ra được chiếc máy đó đang dùng CPU thế hệ nào. Một điểm thú vị là Intel cũng đã áp dụng ngôn ngữ "thiết kế phẳng" trong việc tạo ra logo Core i thế hệ 4 này, chúng ta không còn thấy đồ họa 3D nữa mà thay vào đó là kiểu thiết kế 2D. Đây là một cách nhận diện thương hiệu nhanh khá thú vị nên mình cũng xin chia sẻ với các bạn cách phân biệt như sau.

Logo của Intel Core i đời đầu tiên, Clarkdale:

Logo của Core i thế hệ 2, Sandy Bridge:

Logo của Ivy Bridge, thế hệ Core i thứ 3 giống hệt với thế hệ 2:

Logo của Haswell. Một điểm thú vị là Intel cũng đã áp dụng ngôn ngữ "thiết kế phẳng" trong việc tạo ra logo Core i thế hệ 4 này, chúng ta không còn thấy đồ họa 3D nữa mà thay vào đó là kiểu thiết kế 2D.

Haswell có thiết kế phẳng chứ không còn 3 chiều như các logo cũ

Tương tự, phía AMD cũng thay đổi logo theo từng đời APU để tạo sự nhận diện thương hiệu cho khách hàng phân biệt:

Logo của APU đời đầu tiên, Llano ra mắt năm 2011:

Logo của APU thế hệ 2, Trinity ra mắt năm 2012:

Logo của APU năm nay, Richland ra mắt 6/2013:

Tianhe-2 của Trung Quốc là siêu máy tính mạnh nhất hiện nay, sử dụng chip Intel Xeon/Xeon Phi

Theo danh sách TOP500 phiên bản thứ 41 vừa mới được ra mắt trong tháng này, cỗ máy Tianhe-2 (còn gọi là Milky Way-2) của Trung Quốc hiện là supercomputer mạnh nhất thế giới. Tianhe-2 đã chiếm lấy vị trí dẫn đầu của siêu máy tính Titan do Mỹ phát triển theo danh sách công bố hồi tháng 11 năm ngoái. Máy được trang bị 32.000 vi xử lí Intel Xeon E5-2600 v2 dựa trên kiến trúc Ivy Bridge) đi kèm với 48.000 coprocessor Xeon Phi. Cấu hình này giúp Tianhe-2 có khả năng tính toán với tốc độ 33,85 petaflops, cao gấp đôi so với Titan. Đây cũng là lần đầu tiên một hệ thống siêu máy tính chạy hoàn toàn bằng chip Intel được xếp hạng nhất trong TOP500 kể từ năm 1997. Lưu ý rằng cỗ máy Tianhe-1A từng giữ chức siêu máy tính mạnh nhất thế giới năm 2010 vẫn còn đó và được lắp đặt ở một cơ sở khác.

Intel cho biết thêm rằng Tianhe-2 không những là siêu máy tính mạnh nhất trong TOP500 mà nó còn là "một trong những hệ thống có hiệu suất sử dụng năng lượng tốt nhất" với tổng công suất 17,8 megawatt. Hãng nói rằng máy sử dụng "kiến trúc tân hỗn tạp", trong đó nhiều phần cứng với các khả năng tính toán khác nhau được truy cập bởi một mô hình lập trình chung. Điều này giúp đơn giản hóa công đoạn phát triển và tối ưu hóa hệ thống, một lợi thế không có được với các siêu máy tính sử dụng CPU kết hợp với GPU (như Titan chẳng hạn).

Về phần vi xử lí E5-2600 v2, nó được sản xuất trên dây chuyền công nghệ 22nm và cũng xuất hiện trong hai siêu máy tính khác đứng ở hạng 54 và hạng 329. Chủ đầu tư các cỗ máy này là những đơn vị nằm trong chương trình "giao hàng sớm" của Intel. E5-2600 v2 có thể chứa đến 12 nhân và xung nhịp cao nhất là 2,7Ghz. Cứ mỗi con chip mang lại hiệu năng 259 GFlops, tăng 56% so với thế hệ trước. Intel tiết lộ rằng CPU này sẽ bán ra thị trường trong quý sau. Cũng trong danh sách TOP500, 403 siêu máy tính (tương đương 80%) hiện đang sử dụng bộ xử lí của Intel, trong đó 11 hệ thống có xài coprocessor Intel Xeon Phi.

Nhân dịp này, Intel đã bổ sung thêm một số coprocessor Xeon Phi mới, bao gồm series 7100 với 61 nhân chạy ở xung 1,23GHz và bộ nhớ 16GB được tối ưu hóa cho hiệu năng, trong khi series 3100 với 57 nhân 1,1GHz thì nhắm đến các giải pháp tiết kiệm chi phí. Series 5100 ra mắt năm ngoái thì có thêm thành viên 5120D được tối ưu hóa để gắn vào các bo mạch nhỏ.

Coprocessor là một vi xử lí máy tính được dùng để hỗ trợ cho bộ xử lí trung tâm (CPU). Những tác vụ mà Coprocessor thực hiện có thể là tính toán dấu chấm động, xử lí đồ họa, tín hiệu, xử lí chuỗi, mã hóa... Coprocessor đóng vai trò giảm tải cho CPU nên sẽ giúp tăng tốc hệ thống. Coprocessor cho phép khách hàng tùy chỉnh máy tính của mình, do đó chi phí sẽ luôn đi kèm với nhu cầu chứ người dùng không phải trả thêm tiền cho phần hiệu suất mà mình không dùng đến.

Xem thêm:
Tìm hiểu cơ bản về siêu máy tính
Intel Xeon Phi: Coprocessor tốc độ 1 teraflops chứa trong một thẻ PCIe

Nguồn: TOP500

Rò rỉ thông tin về CPU Haswell-E: tối đa 8 nhân, chipset X99, hỗ trợ RAM DDR4, hiệu năng tăng 55%

Trang VR-Zone mới đây đã cho đăng tải một số thông tin rò rỉ về dòng vi xử lí Intel Haswell-E dự kiến ra mắt vào nửa sau của năm 2014. Một số model Haswell-E sẽ có đến 8 lõi xử lí và đây là lần đầu tiên Intel ra mắt CPU 8 nhân dành cho máy tính để bàn. Theo loạt slide rò rỉ, Haswell-E tám lõi sẽ giúp tăng hiệu năng xử lí đa luồng lên cao hơn tối đa 55% so với chip bốn lõi. Đi kèm theo Haswell-E sẽ là X99, chipset đầu tiên của Intel hỗ trợ chuẩn RAM DDR4 với bốn kênh. Tất cả CPU thuộc dòng này sẽ hỗ trợ đến 4 card đồ họa và hệ số nhân được mở khóa (để sẵn sàng phục vụ cho việc ép xung).

Intel Haswell-E

Với Haswell-E, Intel sẽ chia tay cấu hình 4 nhân của các dòng Sandy Bridge và Ivy Bridge-E, thay vào đó hãng chỉ cung cấp cho người dùng tùy chọn 6 hoặc 8 nhân, còn bộ nhớ đệm L3 thì đạt mức cao nhất là 20MB. Haswell-E sẽ được sản xuất dựa vào dây chuyền công nghệ 22nm High-K Metal Gate thế hệ thứ hai. Giống với hầu hết các vi xử lí của Intel, Haswell-E vẫn sẽ được trang bị công nghệ siêu phân luồng (Hyper Threading) giúp nâng tổng số nhân logic lên thành 16 (cứ mỗi nhân vật lý thì hệ điều hành sẽ nhận thành hai CPU ảo). TDP cực đại của series CPU mạnh mẽ này sẽ nằm trong khoảng 130W đến 140W tùy chip. Dựa theo các slide rò rỉ của Intel, Haswell-E sẽ mang lại hiệu năng cao hơn từ 33% đến 55% so với các chip Ivy Bridge-E sắp được công bố. Lưu ý rằng Haswell-E sẽ không có GPU tích hợp như những CPU Haswell khác, tương tự như những gì Intel từng làm với các E-Series trước.

So sánh Haswell-E với Ivy Bridge-E và Sandy Bridge-E

Chipset X99 tên mã Wellsburg

Cùng với Haswell-E, Intel sẽ giới thiệu dòng chipset bo mạch chủ X99 với tên mã Wellsburg. Tính năng đáng chú ý nhất của X99 đó là nó đã hỗ trợ RAM DDR4 với xung nhịp tối đa 2133MHz (tất nhiên là chúng ta vẫn có thể ép nó lên cao hơn). Wellsburg cũng sẽ hỗ trợ cho nhiều cổng kết nối, bao gồm:

• Tối đa 6 cổng USB 3.0
• Tối đa 8 cổng USB 2.0
• Tối đa 10 cổng SATA 6 Gbps
• Tối đa 8 khe PCIe 2.0
• TDP tối đa của chipset là 6,5W

RAM DDR4 bốn kênh

Chipset Wellsburg chỉ cho phép người dùng gắn mainboard các thanh RAM DDR4 với xung nhịp ở các mức 1333 MHz, 1600 MHz, 1866 MHz và 2133 MHz. Việc cấu hình bốn kênh DDR4, cộng với xung nhịp ngày càng lên cao có thể giúp tăng băng thông bộ nhớ lên hơn 50% so với cấu hình kênh ba hiện tại. Loạt slide rò rỉ cho biết thêm rằng Wellsburg sẽ tương thích với RAM DDR4 điện thế thấp (1,2V, có lẽ là loại xài xung 1333MHz). Thanh RAM DIMM giờ đây sẽ có 288 chân cắm (so với 284 trên các DIMM hiện tại) và 4 chân mới xuất hiện này sẽ hỗ trợ cho các module Non-Volatile DIMM, tức bộ nhớ sẽ không bị xóa khi mất điện. NVDIMM thường dùng để tăng hiệu năng hệ thống, giảm thời gian phục hồi nếu hệ thống bị sập. Tin tốt ở đây đó là các thanh RAM DIMM 288 chân vẫn có thể dùng được với các khe cắm 284 pin và ngược lại.

Socket LGA 2011-3

Các CPU Sandy Bridge-E và Ivy Bridge-E đang dùng socket LGA 2011 (còn gọi là Socket R), trong khi Haswell-E sẽ dùng một phiên bản mới hơn là LGA 2011-3. LGA 2011-3 vẫn giữ nguyên kích thước socket là 58,5 x 51 mm cũng như kích thước các chân tiếp xúc so với LGA 2011, tuy nhiên nó mang lại "hiệu năng cao hơn", giúp đảm bảo chỉ có chip LGA 2011-3 mới có thể gắn vào đế LGA 2011-3. Trục tâm CPU so với hai ngàm gắn cũng đã thay đổi giúp chip được cố định tốt hơn vào bo mạch.

Một số slide thuyết trình rò rỉ khác

Theo VR-Zone

AMD ra mắt FX-9590, CPU đầu tiên trên thế giới đạt xung nhịp thương mại 5GHz

Tại triển lãm E3 mới diễn ra, AMD đã giới thiệu vi xử lí tám nhân FX-9590 dành cho máy bàn với xung nhịp cao nhất thế giới hiện nay: 5GHz. FX-9590 thuộc dòng chip FX và con số 5GHz nói trên có thể đạt được ở chế độ Turbo, còn xung nhịp cơ bản thì không thấy AMD nói tới. Thực chất tốc độ này đã được giới overclocker ghi nhận từ lâu, tuy nhiên đây là lần đầu tiên nó được quảng bá bởi chính nhà sản xuất vi xử lí (còn gọi là xung nhịp CPU thương mại). Trong giai đoạn đầu, FX-9590 sẽ xuất hiện trong desktop chơi game do các đối tác của AMD sản xuất và một thời gian sau đó hãng sẽ bán lẻ nó ra thị trường. Cũng trong dịp này, AMD đã công bố thêm CPU FX-9370 tám nhân với xung nhịp Turbo 4,7GHz. Cả FX-9590 lẫn FX-9370 đều sử dụng kiến trúc nhân mới nhất của AMD mang tên mã Piledriver và đều có hệ số nhân mở, sẵn sàng cho việc ép xung lên cao hơn nữa. Chưa rõ giá bán lẻ của cả hai chip là bao nhiêu.

Theo AMD

[Dự báo WWDC] MacBook Pro Retina 13" sẽ mỏng hơn, Pro thường không được cập nhật cấu hình

Nhà phân tích Ming-Chi Kuo đến từ công ty KGI Securities, người từng dự đoán đúng về những model MacBook đời 2012 trước cả khi chúng ra mắt, hôm nay vừa đưa ra vài dự báo của ông về những laptop mà Apple sắp công bố ở hội nghị WWDC diễn ra trong 1 tuần nữa. Theo đó, một số MacBook sẽ được cập nhật với vi xử lí Intel Core i thế hệ 4 (tên mã Haswell), giống với truyền thống của hãng trong nhiều năm trở lại đây khi Intel ra mắt CPU mới. Chiếc MacBook Pro Retina 13" sắp tới thì sẽ mỏng hơn hiện nay để tăng tính di động. Webcam của máy cũng sẽ chuyển từ độ phân giải HD sang Full-HD để "nâng cao chất lượng FaceTime cũng như việc đàm thoại video trên màn hình độ phân giải cao Retina".

Kuo tin rằng Apple sẽ không nâng cấp dòng MacBook Pro thường không có màn hình Retina, thay vào đó hãng sẽ tiếp tục bán các model với vi xử lí Core i thế hệ 3 (Ivy Bridge) như hiện tại. Đây được cho là một phần trong kế hoạch dần dần rời bỏ màn hình không Retina của Apple. Trước đây Kuo nói Apple sẽ loại bỏ hết các dòng MacBook màn hình thường tại WWDC năm nay, tuy nhiên sau đó ông điều chỉnh dự báo của mình rằng Apple vẫn tiếp tục duy trì dòng laptop này bởi doanh số vẫn đang ở cao.

Kuo nói thêm là Apple sẽ chuyển sang sử dụng micro kép tích hợp cho MacBook Air, tương tự như chiếc MacBook Pro Retina của hãng. Động thái này theo sau những phản hồi tích cực từ phía người dùng về chất lượng đàm thoại của hệ thống micro mới. Nhìn tổng quan, Kuo kì vọng Apple sẽ tiến thêm một bước vào kỉ nguyên sử dụng SSD cho toàn bộ các máy tính xách tay của mình. Ông nói 64% số laptop Apple được giao trong năm nay sẽ dùng ổ lưu trữ thể rắn, tăng 19% so với năm ngoái.

Mặc dù có nhiều nâng cấp trong thời gian tới nhưng Kuo dự báo rằng sản lượng laptop Apple được giao sẽ giảm 10% đến 20% trong năm nay bởi thị trường PC đang trầm lắng. Ngoài ra iPad cũng góp phần vào việc ăn mất thị phần của máy Mac di động. Việc không làm mới cấu hình cho MacBook Pro thường cũng sẽ khiến cho tình hình ảm đảm hơn nếu như Apple không hạ giá của MacBook Pro Retina.

Theo MacRumors

Các CPU Intel Celeron và Pentium sẽ chuyển sang sử dụng cùng kiến trúc Silvermont với chip Atom

Ảnh chỉ mang tính chất minh họa

Trong vài năm gần đây, các CPU Intel Celeron và Pentium là những phiên bản cấp thấp sử dụng cùng kiến trúc với các vi xử Core i của hãng. Thế nhưng trong thời gian tới, Intel sẽ chuyển sang sử dụng vi kiến trúc Silvermont cho hai dòng chip này, tương tự như CPU Atom Bay Trail bốn nhân sắp ra mắt của hãng. Kathy Gill, một người phát của Intel, cho biết rằng "bởi vì các cải tiến và tính linh hoạt của Silvermont, chúng tôi có thể tùy biến một số tính năng của Bay Trail và phát triển một biến thể của Bay Trail có thể sử dụng trong loại máy sản phẩm điện toán mới ở nhiều mức giá khác nhau". Gill chia sẻ thêm rằng mục đích của việc này là để "cung cấp cho khách hàng của chúng tôi nhiều sự lựa nhất về hình dáng, tính năng và trải nghiệm".

Đây cũng là lời giải thích cho việc Intel mới đây đã ra mắt ba thành viên mới thuộc dòng Celeron là N2805, N2810, N2910 nhưng lại có cách đặt tên giống với gia đình Atom. Hiện chưa rõ là toàn bộ những CPU Celeron và Pentium mới sẽ đều sẽ dùng Silvermont hay có một số sử dụng Silvermont, một số khác với hiệu năng cao hơn thì dựa trên Haswell (hoặc Ivy Bridge/Sandy Bridge).

Những con chip Pentium và Celeron được sử dụng trong các PC giá rẻ, cả laptop lẫn desktop. Động thái chuyển sang dùng kiến trúc Silvermont cho thấy Intel đang muốn định hướng rõ ràng hơn rằng Pentium và Celeron là dành cho phân khúc cấp thấp, còn Core i nhắm đến cho đối tượng người dùng cao cấp hơn.

Theo PCWorld

AMD giới thiệu hai APU/CPU bốn nhân mới thuộc dòng chip Opteron X-Series dành cho máy chủ

AMD mới đây đã ra mắt dòng chip điện áp thấp mới dành cho máy chủ: Opteron X-Series (trước đây có tên mã là Kyoto), bao gồm và APU X2150 và CPU X1150. Chúng sẽ được AMD dùng để cạnh tranh với CPU Atom S12xx của Intel trên cùng phân khúc server. Hai con chip nói trên có bốn nhân x86 dựa trên kiến trúc Jaguar (cùng kiến trúc với chip của Xbox One và PlayStation 4), nhiều hơn gấp đôi so với Intel Atom S1260 lõi kép. Dung lượng RAM hỗ trợ của hai sản phẩm mới này là 32GB, gấp bốn lần so với mức 8GB của Intel. Bộ nhớ đệm L2 cache của X1150 và X2150 cũng cao hơn gấp hai lần chip Atom S1260.

AMD cho biết APU Opteron X2150 có thể tiêu thụ điện ở mức thấp nhất là 11W. Đây là SoC APU đầu tiên dành cho máy chủ kết hợp cả bộ xử lí đồ họa (AMD Radeon HD 8000 với 128 nhân) và vi xử lí vào chung một đế, do đó nó thích hợp với những máy chủ cần phải xử lí các tác vụ đa phương tiện. Trong khi đó, CPU Opteron X1150 có công suất thấp nhất chỉ là 9W nhưng không có GPU tích hợp nên phù hợp hơn với các công việc chủ yếu đòi hỏi tính toán. Cả hai con số 11W và 9W mà AMD đưa ra đều cao hơn mức cực tiểu 6W của các chip Intel Atom S12xx, tuy nhiên AMD hứa hẹn sản phẩm của họ mạnh mẽ hơn và có hiệu năng cao hơn.

Cũng trong dịp này, HP nói rằng hãng sẽ tích hợp AMD Opteron X-Series vào trong các máy chủ HP Moonshot trong tương lai. Chúng sẽ được dùng trong các trung tâm dữ liệu để phục vụ việc hoạt động của mạng xã hội, điện tóa di động, điện toán đám mây cũng như xử lí một lượng lớn dữ liệu.

Hiện APU Opteron X2150 và CPU X1150 đã bán ra với giá lần lượt là 99$/chip và 64$/chip cho đơn hàng 1000 đơn vị.

Cấu hình cơ bản của chip AMD Opteron X-Series:

• CPU: 4 nhân "Jaguar" 64-bit x86
• Xung nhịp
  • X1150 CPU - tối đa 2 GHz
  • X2150 APU - tối đa 1.9 GHz
• Mức độ tiêu thụ năng lượng:
  • X1150 - thấp nhất là 9 Watts
  • X2150 - thấp nhất là 11 Watts
• Đồ họa (chỉ có trên APU X2150)
  • 128 nhân AMD Radeon HD 8000
  • Kiến trúc Graphics Core Next
• Giao diện bộ nhớ:
  • Hỗ trợ RAM DDR3 64-bit với tính năng ECC (tự sửa lỗi), tốc độ tối đa 1600 MHz
  • Dung lượng tối đa 32GB (SODIMM và UDIMM)
• Các giao tiếp I/O khác:
  • PCI-e® Gen 2 - 8 lane
  • USB 2.0 - 8 cổng
  • USB 3.0 - 2 cổng
  • Xuất hình ảnh - DisplayPort, VGA, HDMI
  • SATA II/III - 2 cổng

Ghi chú: hiệu năng ở trên là điểm được đo bằng phần mềm SPECint®_rate_base2006

Graphics Core Nextlà kiến trúc được sử dụng trong các GPU mới của AMD để có thể phát huy cao độ tính năng mạnh mẽ về mặt tính toán của card đồ họa. Graphics Core Next chia dữ liệu thành các luồng xử lí song song nên cho phép card đồ họa tính tốt hơn. Trước đây, AMD sử dụng kiến trúc VLIW cho những card đồ họa của mình nhưng kiến trúc này dần tỏ ra kém hiệu quả khi mà sức mạnh về mặt xử lí các phép toán của GPU tăng lên nhanh chóng.

Theo Engadget

Tìm hiểu cơ bản về siêu máy tính, những cỗ máy phức tạp và mạnh mẽ

Một phần nhỏ của siêu máy tính Blue Gene/P của IBM

Trong thời gian gần đây chắc hẳn các bạn cũng được nghe nói nhiều về cụm từ siêu máy tính, hay supercomputer. Đây là một loại máy tính rất khác với những chiếc desktop, laptop mà bạn sử dụng hằng ngày. Nó có kích thước to hơn, sức mạnh vượt trội hơn rất nhiều lần so với các máy tính cá nhân. Cũng chính vì thế mà siêu máy tính không bao giờ được dùng để soạn văn bản, chơi game pikachu mà người ta áp dụng nó vào việc nghiên cứu khoa học, xử lí, tính toán phức tạp. Vậy siêu máy tính là gì, cấu tạo nó ra sao và người ta dùng nó vào việc gì?

Lịch sử siêu máy tính

Cụm từ siêu máy tính (supercomputer) lần đầu tiên xuất hiện trong một bài báo của tờ New York World vào năm 1929 dùng để chỉ các bảng tính khổng lồ mà IBM thiết lập ở Đại học Columbia. Những 1960, kiến trúc siêu máy tính được một kĩ sư người Mỹ tên là Seymour Cray làm việc cho tổ chức Control Data Corporation (CDC) thiết kế và chiếc CDC 6600 ra mắt năm 1964 được xem là supercomputer đầu tiên của thế giới. Seymour Cray được tôn vinh là cha đẻ của siêu máy tính.

Sau đó một thời gian, Cray muốn rời CDC cùng với một số đồng nghiệp nhưng bị CEO William Norris của công ty này từ chối vì Cray đang làm việc trên một dự án cho Hải quân Mỹ. Mãi đến năm 1972 Cray mới thực hiện được ý định này và ông đã lập ra công ty riêng mang tên Cray Research. Sau này Cray Research đổi tên thành Cray Inc. và đây là một trong những hãng cung cấp siêu máy tính hàng đầu thế giới ở thời điểm hiện tại.

Tại công ty riêng của mình, vào năm 1976, Cray đã công bố chiếc supercomputer Cray-1 với CPU 80MHz và nó là một trong những siêu máy tính được người ta biết đến nhiều nhất. Tới năm 1985, Cray-2 ra mắt với 8 vi xử lí. Hệ thống này được làm mát bằng chất lỏng và chất flourinert do 3M sản xuất. Cỗ máy này có tốc độ tính toán 1,9 gigaflops và nó chính là siêu máy tính nhanh nhết thế giới đến tận những năm 1990.

Siêu máy tính Cray-1 với thiết kế hình trụ, đảm bảo khoảng cách giữa vi xử lí với các thành phần khác trong hệ thống là đều nhau

Nếu như những chiếc siêu máy tính của năm 1980 chỉ dùng vài CPU thì đến năm 1990, siêu máy tính đã được trang bị hàng nghìn bộ vi xử lí và chúng bắt đầu xuất hiện nhiều ở Mỹ, Nhật. Kể từ đây, tốc độ tính toán của loại máy tính này bắt đầu tăng vọt một cách nhanh chóng. Ví dụ như chiếc siêu máy tính dùng trong hầm gió của Fujitsu sử dụng 166 vi xử lí vector* với tốc độ 1,7 gigaflops mỗi chip vào năm 1994. Hai năm sau đó, đến lượt máy Hitachi SR2201 với tốc độ 600 gigaflops có được nhờ 2048 bộ xử lí cũng đã làm cho cả thế giới kinh ngạc. Intel cũng có siêu máy tính Paragon của mình với khoảng 1000 đến 4000 chip i860 và nó từng đạt danh hiệu nhanh nhất thế giới vào năm 1993.

*Vi xử lí vector là CPU được tích hợp các bộ chỉ dẫn đặc biệt để có thể hoạt động trong mảng dữ liệu 1 chiều. CPU vector có thể tăng đáng kể hiệu năng ở một số tác vụ nhất định, đặc biệt là trong lĩnh vực giả lập số hoặc và thực thi các tác vụ giống nhau. CPU vector phổ biến trong những năm 1970-1980 nhưng ngày nay nó đã gần như biến mất hoàn toàn.

Đến ngày hôm nay, siêu máy tính dần xuất hiện nhiều hơn và nó cũng có mặt trên nhiều quốc gia hơn. Hệ điều hành, kiến trúc cũng như phần cứng dùng trong siêu máy tính cũng theo đó thay đổi rất nhiều so với vài chục năm trước.

Một số tủ thuộc Titan, siêu máy tính mạnh nhất tính đến thời điểm viết bài này

Kiến trúc và phần cứng siêu máy tính

A. Kiến trúc
Cách thức người ta thiết kế siêu máy tính đã thay đổi rất nhiều trong thời gian gần đây. Những chiếc supercomputer thuở đầu của Seymour Cray hoạt động dựa trên kĩ thuật tính toán song song và thiết kế nhỏ gọn để có thể đạt được hiệu năng tính toán cao.

Nói thêm về điện toán song song (parellel computing), đây là khái niệm dùng để chỉ việc sử dụng một số lượng lớn CPU để thực hiện một bộ các phép tính nào đó. Tất cả các phép tính sẽ được thực thi song song nhau. Có hai cách mà người ta thường áp dụng:

1. Sử dụng một mạng lưới nhiều máy tính phân tán ở nhiều nơi để xử lí số liệu (grid computing), và phân tán ở đây có nghĩa là khoảng cách địa lý của chúng tương đối xa nhau. Thường thì khi một chiếc máy tính trong mạng lưới được chạy lên, nó sẽ ngay lập tức trở thành một phần của hệ thống tính toán song song, và càng nhiều máy tính tham gia thì tốc độ xử lí sẽ nhanh hơn. Có một máy chính (Control Node) nằm ở giữa làm nhiệm vụ điều khiển và phân bổ tác vụ cho các máy con. Còn có hai cách nhỏ thuộc dạng này, chúng ta sẽ tìm hiểu thêm ở bên dưới.

2. Sử dụng một lượng lớn CPU đặt gần nhau, và người ta gọi đây là computer cluster và đây là kiểu điện toán tập trung. Những CPU này thường nằm trong nhiều máy tính giống nhau, lân cận nhau (gọi là các node, node card hay computer node) và chúng được kết nối nhằm tạo ra một hệ thống lớn hơn, hoàn chỉnh hơn. Người ta xem cả hệ thống như một siêu máy tính duy nhất. Với biện pháp này, các nhà thiết kế cần đảm bảo rằng tốc độ cũng như tính linh hoạt nội liên kết giữa các máy tính phải đủ đáp ứng yêu cầu công việc. Theo số liệu từ TOP500, số siêu máy tính cluster hiện chiếm đến 82,2% thị phần siêu máy tính toàn cầu. Siêu máy tính IBM Blue Gene/Q sử dụng dạng cluster.

Từ các vi xử lí, các nhà sản xuất/cung ứng siêu máy tính sẽ tích hợp nó lên một chiếc "computer card" với RAM và có thể có thêm nhiều linh kiện khác để tạo ra một chiếc máy tính gần hoàn chỉnh. Nhiều computer card gắn vào một khay, sau đó các khay lại tiếp được bỏ trong những tủ chứa (rack). Nhiều rack sẽ cấu thành một hệ thống siêu máy tính hoàn chỉnh

Ngoài ra còn có siêu máy tính dạng Massively Parallel Processors (MPP), tức là một máy tính bự nhưng có hàng nghìn CPU và thanh RAM trong đó. Chúng được nối với nhau theo một chuẩn mạng đặc biệt tốc độ siêu cao chứ không xài các thứ phổ thông như cluster. Ngoài ra, mỗi CPU sẽ có bộ nhớ riêng của nó và một bản sao hệ điều hành/ứng dụng riêng. MPP hiện chiếm 17,8% thị phần siêu máy tính, theo TOP500. Siêu máy tính IBM Blue Gene/L (đứng thứ 5 thế giới vào năm 2009) được thiết kế dạng MPP.

B. Phần cứng
Như đã nói ở trên, vào những năm 1970 thì siêu máy tính chỉ dùng một số ít bộ xử mà thôi. Nhưng đến những năm 1990, số CPU của nó đã lên đến hàng nghìn và ở thời điểm hiện tại, số CPU vài chục nghìn là chuyện hết sức bình thường đối với một siêu máy tính.

Ở các siêu máy tính dạng cluster, người ta thường ghép nhiều "nút" (node) nhỏ lại với nhau để tạo ra một hệ thống lớn như hình bạn đã thấy ở ngay bên trên. Mỗi một nút như thế có thể xem là một chiếc máy tính gần như hoàn chỉnh với một hoặc nhiều CPU, GPU, nhiều thanh RAM, quạt tản nhiệt và một số thành phần khác nữa. Các nút sẽ được kết nối với nhau theo nhiều cách, có thể là dùng cáp đồng bình thường, cũng có thể là chuyển sang dùng cáp quang để đảm bảo băng thông tốt hơn. Sức mạnh của siêu máy tính sẽ là sức mạnh tổng hợp từ tất cả các node lại với nhau.

Kết nối dây nhợ trong siêu máy tính Titan

Trong các hệ thống siêu máy tính, người ta cũng cần đến ổ lưu trữ, và các ổ HDD, SSD này không nằm trong máy (device attached storage - DAS) như trên PC. Thay vào đó, chúng thường được bố trí trong một tủ riêng (storage area network - SAN), có kết nối mạng riêng và dung lượng cũng rất "khủng".

Giờ đây, ngoài CPU đơn thuần, người ta còn sử dụng thêm các GPGPU (general purpose graphic processor unit) để tăng cường sức mạnh cho siêu máy tính. Từ trước đến nay chúng ta biết GPU được sử dụng để dựng hình ảnh, xử lí những thứ liên quan đến đồ họa, nhưng ngoài ra chúng còn có thể xử lí số liệu và làm một số công việc tương tự như CPU. Hiện nay giá thành của các GPGPU đã giảm, hiệu suất lại tăng cao nên ngày càng nhiều siêu máy tính "nhờ vả" vào linh kiện này để tăng sức mạnh nhưng vẫn đảm bảo chi phí không bị đội lên quá nhiều. Siêu máy tính mạnh nhất thế giới (tính đến 23/5/2013) mang tên Titan đặt ở Mỹ cũng dùng 18.688 GPU NVIDIA Tesla K20 bên cạnh 18.688 CPU AMD Opteron 16 nhân, như vậy tổng số nhân CPU của máy là 299.008, một con số khổng lồ so với máy tính chỉ 2 hay 4 nhân.

Một node của siêu máy tính Titan, trong này có 4 CPU AMD Opteron 16 nhân và 4 GPU NVIDIA Tesla K20 (kiến trúc xây dựng là Kepler). RAM mỗi node là 32GB, cộng với 6GB bộ nhớ GDDR5 của card đồ họa nữa. Tổng cộng có 710 Terabyte bộ nhớ trong Titan.

Thực chất việc sử dụng GPGPU để tăng cường cho CPU vẫn còn là một vấn đề đang được các nhà khoa học bàn cãi. Nhiều người cho rằng việc bổ sung GPGPU đúng là có giúp siêu máy tính trở nên mạnh hơn và ghi được điểm benchmark cao hơn, tuy nhiên khi đưa vào thực tế thì người ta phải bỏ rất rất nhiều công sức tính chỉnh phần mềm để có thể vắt sạch sức mạnh của kiến trúc kết hợp này.

Cấu trúc của hãng Cray dùng trong Titan là sự kết hợp của cả hai loại Cray XK6 và XE6, trong đó XK6 có hai card NVIDIA đi kèm với RAM bên cạnh CPU AMD Opteron 64

Châu Âu cũng đang phát triển một dự án siêu máy tính dùng CPU Tegra 3 v2 GPU GeForce. Cụ thể, cỗ máy này xử dụng 256 bộ vi xử lí bốn nhân NVIDIA Tegra 3, 256 bộ xử lí đồ họa GeForce 520MX và 1TB bộ nhớ RAM DDR3 để hoạt động. Với cấu hình như thế này, máy có thể tính được 38 teraflops trong một giây nhưng chỉ tốn 1W điện cho mỗi 7,5 gigaflops. NVIDIA gọi đây là siêu máy tính đầu tiên sử dụng CPU của ARM kết hợp với GPU của hãng. Dự án nghiên cứu, hợp tác xây dựng siêu máy tính ở Châu Âu mang tên Mont-Blanc hứa hẹn sản phẩm này sẽ hoạt động với hiệu suất cao hơn từ bốn đến mười lần các đối thủ siêu máy tính khác vào năm 2014.

Tản nhiệt, tiêu thụ năng lượng

Qua nhiều thập kỉ, một trong những vấn đề chính với siêu máy tính dạng tập trung đó là việc tiêu thụ năng lượng và tản nhiệt. Mỗi một chiếc siêu máy tính ăn một lượng điển khổng lồ, và phần lớn trong số đó bị chuyển hóa thành nhiệt năng. Khi hệ thống bị quá nhiệt có thể khiến hiệu suất giảm đi trầm trọng, tuổi thọ các linh kiện cũng bị rút ngắn đáng kể. Các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều phương án để giải quyết vấn đề này, chẳng hạn như bơm chất làm mát Flourinert, làm mát bằng chất lỏng, bằng không khí, bằng hệ thống lai giữa chất lỏng với không khí. Đặc biệt hệ thống lai này được sử dụng phổ biến trong các siêu máy tính được cấu thành từ nhiều tủ chứa. Ngoài ra, một số siêu máy tính còn sử dụng vi xử lí năng lượng thấp để đương đầu với vấn đề nhiệt độ cao như chiếc Blue Gene của IBM. Chiếc IBM Aquasar còn đặc biệt hơn nữa khi nó sử dụng nước nóng để tản nhiệt và dòng nước đó cũng được dùng để làm ấm cho cả tòa nhà trong mùa lạnh.

Hệ thống tản nhiệt bằng nước của Titan

Nói thêm về lượng điện sử dụng bởi supercomputer, chúng ta có thể lấy dí dụ như chiếc Tianhe-1A của Trung Quốc có công suất 4,04 megawatt, tức là cơ quan chủ quản phải chi ra 400 USD/giờ cho tiện điện và tính cả năm là 3,5 triệu USD. Do đó, vấn đề chi phí khi vận hàng siêu máy tính cũng là một bài toán phức tạp.

Để đo hiệu suất sử dụng năng lượng của siêu máy tính, người ta sử dụng con số FLOPS trên Watt và chỉ số này càng cao càng tốt, tức là với mỗi Watt điện thì siêu máy tính tính toán được nhiều phép tính hơn. Năm 2008, chiếc Roadrunner của IBM đạt 376 MFLOPS/W. Năm 2010, chiếc Blue Gene/Q đạt 1684 MFLOPS/W. Năm 2011, chiếc Blue Gene đặt tại New York thì đạt 2097 MFLOPS/W. Còn FLOPS là gì thì mình sẽ nói đến ở phần bên dưới.

Hệ điều hành

Từ đầu thế kỉ 20, hệ điều hành sử dụng trong siêu máy tính cũng đã ghi nhận nhiều sự chuyển biến, tương tự như cách mà kiến trúc supercomputer thay đổi. Những OS đầu tiên được tùy chỉnh cho từng siêu máy tính một để tăng tốc độ, tuy nhiên điều đó rất tốn thời gian, công sức và tiền bạc. Do đó, trong xu hướng hiện nay, người ra sẽ dùng những OS chung như Linux cho siêu máy tính chứ không còn xài UNIX như những năm 90 nữa. Bạn có thể nhìn vào biểu đồ ngay bên dưới là thấy ngay xu hướng chuyển dịch này.



Trong số 500 siêu máy tính nhanh nhất thế giới, Linux là hệ điều hành chiếm số lượng lớn nhất và việc áp dụng OS nguồn mở này ngày càng được ưa chuộng. Ở thời điểm viết bài, Linux đang chiếm đến 93,8% thị phần siêu máy tính. UNIX cũng là hệ điều hành được sử dụng trên nhiều siêu máy tính nhưng không phổ biến như Linux và nó đang nắm trong tay 4% thị phần. Windows và BSD cũng có mặt, tuy nhiên số lượng không đáng kể bởi chúng không đáng tin cậy như Linux và UNIX, ngoài ra còn có ảnh hưởng bởi chi phí bản quyền nữa. OS X của Apple trước đây từng được dùng cho siêu máy tính nhưng chủ yếu là trong các supercomputer dạng phân tán.

Công cụ phần mềm

Vì kiến trúc tính toán song song của siêu máy tính, người ta thường phải áp dụng các kĩ thuật lập trình đặc biệt để khai thác hết sức mạnh của nó. Những công cụ dùng cho việc này là các hàm API như MPI, PVM, VTL, ngoài ra còn có các giải pháp phần mềm nguồn mở như EBowulf. Trong hầu hết các trường hợp, môi trường PVM và MPI sẽ dùng cho các hệ thống dạng cluster, còn OpenMP dùng cho hệ thống có bộ nhớ chia sẻ. Các thuật toán cũng cần được tối ưu hóa rất nhiều bởi vì siêu máy tính không chỉ chạy trên một mà trên rất rất nhiều CPU, GPU, chưa kể là từng tủ siêu máy tính lại nằm riêng với nhau. Các nhà khoa học cũng phải tính tới việc giảm thiểu đến mức thấp nhất có thể thời gian rỗi của CPU khi đợi dữ liệu từ node khác chuyển sang. Với các siêu máy tính dùng GPGPU, người ta có thêm các mô hình CUDA của NVIDIA để tăng cường hiệu suất máy.

Siêu máy tính phân tán

Nãy giờ chúng ta nói hơi nhiều về siêu máy tính tập trung rồi, giờ thì quay sang siêu máy tính phân tán một chút nhé. Ở dạng phân tán, có hai cách thức để tận dụng nhiều máy tính nhỏ, đó là Phương pháp cơ hội (opportunistic) và Phương pháp cận cơ hội (quasi-opportunistic).

A. Phương pháp cơ hội

Đây là một dạng của điện toán grid. Trong phương pháp này, một số lượng lớn máy tính riêng lẻ sẽ tình nguyện phối hợp cùng nhau thành một mạng lưới lớn để thực thi các tác vụ tính toán cũng khổng lồ không kém. Grid computing đã từng giải quyết được nhiều vấn đề cần đến điện toán song song, nhưng nó cũng có hạn chế là không tính được một số tác vụ cổ điển như mô phỏng dòng chảy.

Mạng lưới siêu máy tính nhanh nhất tính đến tháng 3/2012 đó là Folding@Home (do đại học Standford phát triển). Nó có sức mạnh 8,1 petaflops và sử dụng các vi xử lí x86. Trong số đó, 5,8 petaflops được "cống hiến" từ các máy tính với nhiều loại GPU khác nhau, 1,7 petaflops thì đến từ các máy chơi game PlayStation 3, số còn lại là do nhiều CPU đóng góp. Hồi năm 2011, thế giới có grid BOINC với sức mạnh 5,5 petaflops góp từ 480.000 máy tính. Còn trong năm ngoái, Simon Cox đã làm ra một chiếc siêu máy tính với 64 chiếc Raspberry Pi's. Hệ thống này mang tên Iridis-Pi và có chi phí chỉ 2500 Bảng Anh và có bộ nhớ 1TB (16GB thẻ SD cho mỗi chiếc Raspberry Pi).

B. Phương pháp cận cơ hội

Điện toán quasi-opportunistic cũng tương tự như điện toán opportunistic, tuy nhiên nó có chất lượng dịch vụ cao hơn nhờ việc tăng cường kiểm soát các tác vụ mà mỗi máy đơn lẻ sẽ làm. Nó cũng điều khiển chặt chẽ quá trình sử dụng tài nguyên phân tán. Kèm theo đó còn có một hệ thống thông minh giúp đảm bảo mức độ hiện diện cũng như mức độ ổn định của các máy thành viên. Để phương pháp cận cơ hội phát huy hiệu quả, các máy tính sẽ cần phải có một "hợp đồng phân bổ tài nguyên" kết hợp với nhiều hình thức liên lạc, chống lỗi phức tạp.

Đo đạc hiệu năng

A. Khả năng vs Dung lượng

Siêu máy tính được thiết kế để nhắm việc tính toán các phép tính phức tạp, tức là capability computing. Điều này có nghĩa là siêu máy tính được sử dụng để đưa khả năng tính toán lên mức tối đa, từ đó giải quyết một vấn đề trong thời gian ngắn nhất có thể. Các phép tính này rất đặc biệt và nó khó đến nỗi những máy tính bình thường không thể đảm đương được, ví dụ mô phỏng vụ nổ hạt nhân, dự báo thời tiết, nghiên cứu lượng tử...

Còn nếu muốn xử lí một dung lượng lớn dữ liệu, người ta không dùng supercomputer mà dùng một loại máy tính gọi là mainframe. Mainframe có thể đảm được dữ liệu đầu vào khổng lồ nhưng các phép tính mà nó chạy không phức tạp như siêu máy tính. Mainframe có thể dùng để giải quyết nhiều vấn đề nhỏ cùng lúc. Chúng ta sẽ có một bài về mainframe riêng, hẹn các bạn khi đó để nói thêm về loại máy tính này.

B. Đo đạc hiệu năng siêu máy tính

Nếu như ở PC, laptop, tablet, smartphone người ta sẽ tiến hành benchmark để biết được sức mạnh của máy thì trên siêu máy tính cũng y như thế. Tuy nhiên, khả năng tính toán của siêu máy tính được đo bằng FLOPS (FLoating Point Operations Per Second - phép tính dấu chấm động thực hiện trong mỗi giây), trong khi máy tính bình thường thì đo bằng MIPS (instructions per second - số chỉ dẫn được thực hiện trong mỗi giây). FLOPS có thể được thêm một số tiếp đầu ngữ trong hệ đo lường SI như tera- (TFLOPS, tức 10^12 FLOPS, đọc là teraflops), peta (10^15 FLOPS).

Hiện nay các siêu máy tính hàng đầu thế giới đều đã bước sang ngưỡng Petaflops, ví dụ như chiếc IBM Roadrunner năm 2008 là 1,105 Petaflops, Fujitsu K năm 2011 đạt mức 10,51 Petaflops, còn chiếc Cray Titan mạnh nhất hiện nay là 17.59 Petaflops. Người ta dự đoán là chỉ sau khoảng 10 năm nữa, siêu máy tính sẽ sớm bước sang hàng Exaflops (10^18 FLOPS) vì công nghệ của CPU và GPGPU đang tăng trưởng vượt bậc, giá thành lại rẻ đi và hiệu năng tiêu thụ điện ngày càng được nâng cao.

Vậy những con số FLOPS ở đâu ra? Nó được đo bằng một phần mềm tên là Linpack. Tuy nhiên cũng cần phải nói thêm rằng không một con số đứng riêng lẻ nào có thể phản ánh toàn bộ hiệu năng của máy tính nói chung và siêu máy tính nói riêng. Có hai con số được thể hiện khi nói tới siêu máy tính: hiệu năng tính toán dấu chấm động lý thuyết của vi xử lí (kí hiệu Rpeak) và hiệu năng xử lí đầu vào (Rmax). Rpeak gần như không thể nào đạt được trong đời thực, trong khi Rmax là hoàn toàn có thể đạt đến khi siêu máy tính chạy. Tất cả những con số FLOPS bạn thấy ở trên đều là Rmax.

C. Danh sách TOP500

Kể từ năm 1993, những siêu máy tính nhanh nhất thế giới được liệt kê vào một danh sách gọi là TOP500 dựa theo điểm số benchmark của nó. TOP500 có trang web riêng của họ ở địa chỉ http://top500.org và nó cung cấp cho chúng ta rất nhiều thông tin hữu ích. Bên cạnh việc xem danh sách những supercomputer hàng đầu thế giới, bạn có thể xem thống kê về việc phân bổ hệ điều hành trong thế giới siêu máy tính như thế nào, số lượng siêu máy tính mỗi nước, kiến trúc siêu máy tính (MPP hay cluster)… Thực chất thì danh sách này không hề được đánh giá là chính xác tuyệt đối và không thiên vị, tuy nhiên nó là một trong những nguồn phổ biến nhất mà người ta thường lấy khi so sánh sức mạnh siêu máy tính ở một thời điểm nào đó.

Tên các siêu máy tính mạnh nhất thế giới từ năm 2008 đến nay theo TOP500

Ứng dụng của siêu máy tính

Một số ứng dụng của siêu máy tính trong thời buổi hiện nay:

• Dự báo thời tiết, nghiên cứu khí động học, nghiên cứu sự biến đổi khí hậu, mô phỏng động đất
• Phân tích xác suất, dựng mô hình phóng xạ
• Mô phỏng vụ nổ hạt nhân trong không gian 3D
• Lượng tử học, phân tử học, sinh học tế bào, nghiên cứu sự gấp khúc của protein
• Mô phỏng não người
• Nghiên cứu và dựng mô hình của các hiện tượng vật lý
• Nghiên cứu và mô phỏng trí tuệ nhân tạo
• Tái tạo vụ nổ Bigbang (do siêu máy tính ở trung tâm Texas Advanced Computing Center thực hiện), nghiên cứu về vật chất tối
• Nghiên cứu thiên văn học
• Dựng mô hình lây lan của dịch bệnh
• Chơi cờ vua! (siêu máy tính Deep Blue của IBM từng đánh bại đại kiện tướng Garry Kasparov vào năm 1997)

Ảnh mô phỏng do siêu máy tính của Cơ quan Khí tượng và Hải dương Mỹ (NOAA) dựng ra bằng siêu máy tính của họ

Một số hãng sản xuất và cung cấp siêu máy tính


Bạn có thể thấy là IBM, HP và Cray là ba công ty dẫn đầu trên lĩnh vực siêu máy tính hiện nay. Dell, Intel, NEC, Lenovo, Acer, Fujitsu, Oracle cũng có tham gia vào lĩnh vực này.

Các nước có siêu máy tính

Nguồn: Wikipedia (1), (2), (3), TOP500, NOAA