Mỹ - Trung Quốc: Chạy đua chế tạo siêu máy tính

Đối với Trung Quốc, nỗi ám ảnh sở hữu siêu máy tính nhanh nhất thế giới xuất phát từ sự khao khát chứng tỏ với toàn cầu về khả năng công nghệ của họ - theo đánh giá của James Andrew Lewis, Giám đốc Chương trình Công nghệ chiến lược (STP) thuộc Trung tâm Nghiên cứu Chiến lược và Quốc tế Mỹ (CSIS).

Cuộc đọ sức giữa 2 người khổng lồ

Đầu tháng 8 vừa qua, chính quyền Trung Quốc thông báo những quy định giới hạn mới về hoạt động xuất khẩu công nghệ siêu máy tính cũng như những chiếc drone (máy bay không người lái) hiệu năng cao. Thông báo này được ban hành chỉ một tuần sau khi chính quyền của Tổng thống Barack Obama tiết lộ một sáng kiến mới hứa hẹn cho ra đời siêu máy tính sử dụng hệ thống Exascale (với tốc độ siêu nhanh, xử lý hàng tỉ tỉ phép tính mỗi giây) mạnh hơn Tianhe-2 của Trung Quốc gấp 30 lần vào năm 2025 (Tianhe-2 là siêu máy tính chạy nhanh nhất hiện nay của Trung Quốc).

Một trong những hành lang trong căn phòng khổng lồ chứa siêu máy tính Tianhe-2 của Trung Quốc.

Trước đó vài tháng, Bộ Thương mại Mỹ (DOC) ra lệnh phong tỏa chiếc tàu hàng vận chuyển hàng chục ngàn con chip do Mỹ sản xuất hướng đến Trung Quốc. Khi không cho phép Trung Quốc nhập khẩu bộ vi xử lý Intel do Mỹ sản xuất, chính quyền Tổng thống Barack Obama muốn nước Mỹ nắm giữ vị trí tiên phong trong lĩnh vực phát triển siêu máy tính trước đối thủ. Bộ Thương mại Mỹ không cho phép xuất khẩu chip Intel đến Trung Quốc trên cơ sở Tianhe-2 cũng như các siêu máy tính khác của nước này được sử dụng cho các hoạt động thử nghiệm gây nổ hạt nhân "đi ngược lại chính sách an ninh quốc gia hay đối ngoại của Mỹ". Đặc biệt từ khi Hiệp ước cấm thử nghiệm vũ khí hạt nhân toàn diện (CTBT) được thông qua vào năm 1996, việc lập mô hình vụ nổ hạt nhân bằng siêu máy tính càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.

Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) đang sở hữu 4 siêu máy tính trong danh sách những máy tính nhanh nhất thế giới hiện có trên toàn cầu, một phần được sử dụng cho mục đích nghiên cứu và lập mô hình vũ khí hạt nhân. James Lewis bình luận: "Người Trung Quốc đang sử dụng siêu máy tính ngày càng tốt hơn cho các mục đích quân sự cũng như tình báo quân sự trong những năm gần đây và chính điều đó đã gây nên một số lo ngại cho chính quyền Mỹ. Sau những tiết lộ gây choáng váng cho cả thế giới của Edward Snowden, cựu nhân viên NSA, Cơ quan An ninh quốc gia Mỹ cần phải nhanh chóng suy xét lại hoạt động của lĩnh vực tình báo tín hiệu và những siêu máy tính hiệu quả hơn".

Siêu máy tính Titan của Mỹ ở Viện Thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge, Tennessee.

Cũng như vũ khí hạt nhân, thật ra nỗ lực nghiên cứu phát triển công nghệ siêu máy tính đã bắt đầu từ thời Chiến tranh lạnh, và mối đe dọa từ gián điệp mạng cũng như chiến tranh mạng càng thúc đẩy sự thay đổi trong chính sách an ninh của Mỹ trong những năm qua. Hiện nay, các cơ quan tình báo dân sự và quân sự phải xử lý lượng dữ liệu lớn hơn bao giờ hết và rất nhiều dữ liệu cần được bảo vệ trước nạn tấn công xâm nhập mạng để đánh cắp thông tin đang tăng từ các đối thủ. Trước vấn đề này, Mỹ cần phát triển các nền tảng siêu máy tính nhanh hơn và lớn hơn nữa.

Tim Stevens, chuyên gia nghiên cứu chiến tranh Đại học King's College London (Anh), đánh giá: "Mọi cơ quan tình báo tín hiệu - như NSA và GCHQ (Cơ quan Tình báo tín hiệu Anh) - đều đặc biệt quan tâm đến dữ liệu lớn (big data) bởi vì quản lý được dữ liệu này thì họ có thể bắt đầu thực hiện kết nối giữa các node mạng. Dĩ nhiên, đó chính là giấc mơ đẹp của lĩnh vực tình báo tín hiệu".

Theo Stevens, có 2 lĩnh vực chính yếu mà siêu máy tính có thể tạo nên sự khác biệt khổng lồ trên mặt trận an ninh quốc gia đối với một nước khác. Thứ nhất là lĩnh vực chống khủng bố - tức là, phân tích big data để chọn lọc trong hàng núi dữ liệu và tìm ra các tín hiệu nhằm xác định kiểu hành vi hay những kết nối giữa các cá nhân cũng như mọi sự kiện liên quan đến an ninh quốc gia. Thứ hai là an ninh mạng, lĩnh vực mà nhiều nhà phân tích cho rằng Mỹ gần như đã bị tụt lại so với Trung Quốc.

Siêu máy tính exascale của Tổng thống Obama

Tháng 12/2010, Chủ tịch Hội đồng Cố vấn về khoa học và công nghệ của tổng thống (PCAST) chuyển đến Quốc hội Mỹ tài liệu khuyến cáo dài hơn 100 trang tựa đề "Thiết kế tương lai kỹ thuật số", trong đó đề cập đến việc chính quyền Mỹ cần duy trì ưu thế về cơ sở hạ tầng IT (công nghệ thông tin) cũng như kỹ năng tin học.

Ngày 29/7/2015, Tổng thống Barack Obama ký sắc lệnh nghiên cứu phát triển (R&D) siêu máy tính hệ thống exascale mạnh hơn cỗ máy hàng đầu hiện nay khoảng 30 lần! Horst Simon, Phó Giám đốc Viện Thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley ở California, phát biểu: "Đây là một bước đi cực kỳ quan trọng trong nỗ lực xây dựng siêu máy tính hiệu năng cao (HPC) ở Mỹ. Jack Donagarra, chuyên gia siêu máy tính Đại học Tennessee ở Knoxville, thừa nhận dự án mới của Chính phủ Mỹ được thành lập một phần để phản ứng trước mối lo ngại về khả năng HPC của Trung Quốc đang tăng nhanh.

Theo bản danh sách TOP 500 siêu máy tính mạnh nhất thế giới mới nhất được công bố hồi tháng 6, Mỹ vẫn tiếp tục dẫn đầu thế giới về số lượng siêu máy tính với 233 máy trong Top 500 máy hàng đầu thế giới, còn Trung Quốc chỉ có 37 máy. Phân tích chi tiết về bản danh sách TOP 500 siêu máy tính được giới thiệu hôm 13/7 vừa qua tại Hội nghị Siêu máy tính Quốc tế (ISC) diễn ra tại thành phố Frankfurt, Đức và toàn bộ danh sách được công bố trên trang web TOP500.org.

Danh sách TOP 500 siêu máy tính được công bố 2 lần trong năm là công trình của các nhà khoa học Mỹ và Đức - Hans Meuer, Erich Stromaier, Horst Simon và Jack Dongarra. Đây là lần thứ 5 liên tiếp, Tianhe-2 (nghĩa là Thiên Hà 2) do Đại học Công nghệ Quốc phòng quốc gia của Trung Quốc phát triển đứng ở vị trí số 1 thế giới. Ở vị trí số 2 trong danh sách là Titan, hệ thống Cray XK7 được xây dựng tại Viện Thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đặt tại Tennessee trực thuộc DOE (Bộ Năng lượng).

Tianhe-2 mạnh gần gấp đôi Titan và mới đây Bắc Kinh còn tuyên bố có kế hoạch nâng cấp máy này lên đến khoảng 100 petaflop (1 petaflop tương đương 10 triệu tỉ phép tính/giây) từ hiệu năng hiện nay là 54,9 petaflop trong hệ thống hiệu năng petascale. Mục tiêu của Tổng thống Obama là hướng đến xây dựng siêu máy tính có khả năng xử lý ở cấp độ exaflop (1 exaflop tương tương 1.000 petaflop) trong hệ thống hiệu năng exascale. Petaflop và exaflop là đơn vị đo số phép tính dấu chấm động mà máy tính thực hiện được trong 1 giây. Tham vọng siêu máy tính hệ thống exascale của Mỹ hiện nay một phần nhằm phục vụ các sứ mạng như lập mô hình khí hậu và quản lý kho vũ khí hạt nhân. Nhưng các siêu máy tính exascale quá phức tạp và đắt tiền cho nên các cơ quan liên bang Mỹ cần gia tăng ngân sách của họ.

Thời gian gần đây, một số cơ quan thuộc liên bang Mỹ thông báo kế hoạch sáp nhập các nỗ lực phát triển siêu máy tính của họ với nhau. Tháng 11/2014, DOE và Cơ quan An ninh Hạt nhân Quốc gia (NNSA) - bộ phận giám sát vũ khí hạt nhân của DOE - thông báo kế hoạch hợp tác xây dựng siêu máy tính exascale có hiệu năng trong khoảng 100 đến 300 exaflop vào năm 2024. Tuy nhiên, hệ thống exascale cần đến cơ cấu có khả năng kết hợp hàng ngàn bộ vi xử lý đồng thời đòi hỏi năng lượng rất cao để vận hành. Tianhe-2 sử dụng 18 megawatt, năng lượng đủ để cung cấp cho 18.000 căn hộ gia đình. Với hệ thống exascale sử dụng cùng một công nghệ, năng lượng đòi hỏi là 540 megawatt - tức tương đương công suất hoạt động của một nhà máy điện hạt nhân.

Steve Scott, chuyên gia công nghệ công ty siêu máy tính Cray Inc. ở thành phố Seattle bang Washington, nhận định: "Vấn đề là một quốc gia có thể sẵn sàng bỏ ra bao nhiêu tiền. Người ta có thể xây dựng một máy tính exaflop cho ngày mai, song cỗ máy đó thể hiện sự điên rồ do giá thành phát triển cũng như năng lượng đòi hỏi để vận hành". Bất chấp điều đó, cuộc nghiên cứu HPC vẫn được khởi động ở Mỹ. Sắc lệnh của Tổng thống Obama dẫn đến sự ra đời của Sáng kiến Máy tính Chiến lược Quốc gia (NSCI) của Mỹ.

Ban đầu, NSCI là sự hợp tác giữa DOE, Bộ Quốc phòng (DOD) và Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF), trong khi sự hợp tác từ khu vực tư nhân còn trong vòng bàn cãi. Obama tin rằng nhu cầu đang tăng về sức mạnh máy tính và nỗ lực duy trì tăng trưởng kinh tế đòi hỏi hiệu năng cao của những máy tính thế hệ kế tiếp. Nếu như các siêu máy tính exascale trở thành hiện thực thông qua NSCI, các cơ quan được hưởng lợi nhất của Mỹ sẽ là: Cơ quan Hàng không và Vũ trụ (NASA), Cục Điều tra liên bang (FBI), Viện Y tế Quốc gia (NIH), Bộ An ninh Nội địa (DHS) và Cơ quan Khí quyển và Hải dương Quốc gia (NOAA).