NOAA từ bỏ siêu máy tính nội bộ, chuyển dự báo thời tiết lên Google Cloud

Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ (NOAA) đã chọn Google Cloud làm nền tảng hạ tầng mới cho hoạt động dự báo thời tiết, đánh dấu bước chuyển đáng chú ý khỏi mô hình tự vận hành siêu máy tính tại chỗ. Trước đây, hệ thống dự báo của NOAA do General Dynamics quản lý, vận hành trên các siêu máy tính HPE Cray đặt tại Virginia và Arizona. Hai hệ thống này, mang tên Dogwood và Cactus, đạt gần 14 PFLOPS — đơn vị đo hiệu năng tính toán tương đương hàng triệu tỷ phép tính dấu phẩy động mỗi giây, thường dùng để đánh giá sức mạnh của siêu máy tính.

Theo kế hoạch, NOAA sẽ chuyển toàn bộ Weather and Climate Operational Supercomputing System — hệ thống siêu tính toán vận hành dự báo thời tiết và khí hậu của Cơ quan Thời tiết Quốc gia Mỹ (NWS) — sang đám mây trước tháng 12/2027. Cùng với hạ tầng, các phần mềm tạo dữ liệu dự báo phục vụ phân tích cũng sẽ được di dời. “Đám mây” ở đây là mô hình cung cấp tài nguyên tính toán qua internet, cho phép tổ chức mở rộng hoặc thu hẹp năng lực xử lý linh hoạt mà không cần tự mua và bảo trì phần cứng.

NOAA kỳ vọng môi trường điện toán đám mây sẽ giúp các mô hình dự báo vận hành linh hoạt hơn, từ đó đưa ra dự báo sớm hơn và cảnh báo tốt hơn trước các hiện tượng thời tiết cực đoan. Theo lãnh đạo cơ quan này, các hệ thống đặt tại chỗ đã trở thành nút thắt cổ chai. Trong bối cảnh nhu cầu tính toán tăng mạnh theo mùa, đặc biệt vào mùa bão nhiệt đới, khả năng mở rộng tài nguyên theo thời điểm là lợi thế lớn. Thay vì duy trì công suất cố định quanh năm, NOAA có thể tăng số chu kỳ xử lý khi cần và giảm xuống trong giai đoạn yên ắng hơn.

Google cho biết NOAA sẽ sử dụng các máy ảo H4D VM trên Google Cloud, được xây dựng trên bộ xử lý AMD Epyc. Máy ảo, hay VM (virtual machine), là môi trường tính toán mô phỏng một máy chủ riêng nhưng chạy trên hạ tầng vật lý dùng chung. Các H4D VM này hoạt động dưới hypervisor — lớp phần mềm quản lý và phân chia tài nguyên phần cứng cho nhiều máy ảo — đồng thời tích hợp mạng và công cụ điều phối của Google. Nhờ đó, nhiều VM có thể đồng bộ để xử lý các tác vụ quy mô lớn theo cách tương tự một cụm siêu máy tính. Google cũng quảng bá mức giá từ 3 cent cho mỗi core-hour, tức chi phí cho một lõi xử lý hoạt động trong một giờ.

Quyết định của NOAA phản ánh xu hướng mới trong thị trường HPC, viết tắt của high-performance computing, hay tính toán hiệu năng cao. Đây là lĩnh vực dùng các hệ thống cực mạnh để xử lý bài toán phức tạp như dự báo thời tiết, mô phỏng khoa học hoặc thiết kế công nghiệp. Thay vì đầu tư siêu máy tính riêng, các tổ chức ngày càng cân nhắc mô hình thuê hạ tầng từ nhà cung cấp đám mây. Với NOAA, Google còn cung cấp các công cụ như Cluster Toolkit để triển khai cụm máy tính, Cluster Director để quản trị cụm, và dịch vụ Batch để xử lý hàng đợi tác vụ, lập lịch và cấp phát tài nguyên tự động.

Một phần đáng chú ý trong thỏa thuận là NOAA có thể khai thác bộ công cụ AI của DeepMind để xây dựng hệ thống dự báo thời tiết điều khiển bằng trí tuệ nhân tạo đầu tiên của mình, có tên AI Global Forecast System. AI, hay trí tuệ nhân tạo, là công nghệ cho phép phần mềm học từ dữ liệu và đưa ra dự đoán hoặc quyết định. Theo NOAA, hệ thống này hứa hẹn tạo ra dự báo chính xác trong vài phút thay vì vài giờ, đồng thời sử dụng ít hơn 99,7% số chu kỳ tính toán. Nếu đạt được hiệu quả như kỳ vọng, đây có thể là bước ngoặt lớn cho ngành khí tượng, nơi tốc độ và độ chính xác của mô hình luôn mang ý nghĩa sống còn.

NOAA không chỉ thay máy tính mà còn tái cấu trúc cả hệ sinh thái phần mềm phía sau công tác dự báo. Cơ quan Thời tiết Quốc gia Mỹ đã bắt đầu nâng cấp các phần mềm hoạt động phía sau các hệ thống GFS và GEFS để tương thích với môi trường đám mây. GFS là Global Forecast System, mô hình dự báo toàn cầu chủ lực của Mỹ, còn GEFS là Global Ensemble Forecast System, hệ thống dự báo tổ hợp dùng nhiều kịch bản để đánh giá độ bất định của thời tiết. Trước đó vào tháng 3, NOAA đã trao hợp đồng cho Accenture và Booz Allen Hamilton để phát triển các phần mềm đám mây như HIVE và CIRRUS, phục vụ văn phòng hiện trường trong việc phân tích dữ liệu và phát cảnh báo.

NOAA cho biết họ sẽ trở thành trung tâm dự báo thời tiết quốc gia đầu tiên vận hành trên đám mây thương mại hoàn toàn. Dù vậy, đây không phải là trường hợp duy nhất ngành khí tượng tìm đến các nền tảng đám mây lớn. Cơ quan khí tượng Anh, Met Office, cũng đang chuyển hệ thống dự báo của mình sang Microsoft Azure theo mô hình lai, tức kết hợp giữa hạ tầng nội bộ và đám mây công cộng. Điều này cho thấy một dịch chuyển rộng hơn: các bài toán siêu tính toán vốn gắn chặt với trung tâm dữ liệu chuyên dụng nay đang dần được tái định hình bởi các nền tảng cloud quy mô lớn.