Siêu máy tính mạnh nhất châu Âu JUPITER bắt đầu dùng chip “nội địa”, đánh dấu bước ngoặt chủ quyền số của EU

Châu Âu vừa tiến thêm một bước lớn trong tham vọng tự chủ công nghệ khi SiPearl, công ty thiết kế chip của Pháp, bắt đầu bàn giao các bộ xử lý Rhea1 cho Bull để tích hợp vào siêu máy tính JUPITER. Đây là hệ thống siêu máy tính mạnh nhất châu Âu hiện nay, đồng thời là siêu máy tính exascale đầu tiên của Liên minh châu Âu. Exascale là cấp độ hiệu năng có thể xử lý ít nhất 1 exaFLOPS, tức hơn một tỷ tỷ phép tính dấu phẩy động mỗi giây, thường được xem là cột mốc tối quan trọng trong điện toán hiệu năng cao.

Dù JUPITER đã đi vào hoạt động từ năm ngoái và hiện đứng thứ 5 trên bảng xếp hạng Top500 của các siêu máy tính công khai mạnh nhất thế giới, thành tích đó ban đầu chưa dựa trên chip do châu Âu phát triển. Phần JUPITER Booster, tức cụm tăng tốc chuyên xử lý khối lượng tính toán cực lớn, đang vận hành bằng 24.000 siêu chip GH200 do Nvidia của Mỹ sản xuất. GH200 là dòng chip kết hợp CPU Grace và GPU H200 trong cùng một gói giải pháp, tối ưu cho AI và HPC. HPC, viết tắt của High Performance Computing, là lĩnh vực điện toán hiệu năng cao dùng để giải các bài toán khoa học, mô phỏng và kỹ thuật ở quy mô rất lớn.

Việc Rhea1 được đưa vào JUPITER không nhằm thay thế hoàn toàn phần tăng tốc dùng GPU, mà để vận hành một phân vùng chỉ dùng CPU. Trong kiến trúc siêu máy tính hiện đại, “partition” hay phân vùng là một cụm tài nguyên riêng trong cùng hệ thống, được tối ưu cho từng loại tác vụ khác nhau. Điều này rất quan trọng vì không phải mọi khối lượng công việc đều phù hợp với GPU. Nhiều ứng dụng khoa học vẫn chạy hiệu quả hơn trên CPU, đặc biệt khi cần truy cập dữ liệu phức tạp, xử lý tuần tự hoặc tối ưu bộ nhớ.

Rhea1 là bộ xử lý đã được SiPearl phát triển trong nhiều năm và được xem là cột mốc cho nỗ lực xây dựng hệ sinh thái siêu máy tính “có chủ quyền” của châu Âu. Con chip này dùng kiến trúc Arm Neoverse V1, một dòng lõi CPU dành cho máy chủ và HPC. Dù nền tảng V1 hiện không còn mới, nhất là khi CPU Grace của Nvidia đã dùng thế hệ Neoverse V2 hiện đại hơn, Rhea1 vẫn gây chú ý nhờ định hướng rất rõ ràng: phục vụ các tải công việc khoa học và HPC vốn không tận dụng tốt GPU. Chip có 80 nhân xử lý và chứa tới 61 tỷ transistor, tức các công tắc siêu nhỏ cấu thành nên mạch tích hợp hiện đại.

Điểm nổi bật nhất của Rhea1 nằm ở bộ nhớ. Mỗi CPU được tích hợp 4 chồng bộ nhớ HBM2e, tổng dung lượng 64 GB, cho băng thông lên tới 1,8 TB/giây. HBM, viết tắt của High Bandwidth Memory, là loại bộ nhớ băng thông cực cao được xếp chồng theo chiều dọc để tăng tốc độ truyền dữ liệu và giảm tiêu thụ điện so với cách bố trí bộ nhớ truyền thống. Ngoài HBM2e, mỗi Rhea1 còn có 4 kênh bộ nhớ DDR5, chuẩn RAM phổ biến thế hệ mới trên máy chủ. Với nhiều bài toán HPC, tỷ lệ giữa băng thông bộ nhớ và năng lực tính toán FLOPS là yếu tố then chốt. FLOPS là thước đo số phép toán dấu phẩy động mà hệ thống có thể thực hiện mỗi giây.

Trong thế giới siêu máy tính, hiệu năng không chỉ được quyết định bởi số nhân hay tổng FLOPS. Nhiều ứng dụng khoa học bị giới hạn bởi tốc độ lấy dữ liệu từ bộ nhớ hơn là năng lực tính toán thô. Đó là lý do các hệ thống như Fugaku của Nhật Bản, từng dùng CPU Fujitsu A64FX, đạt kết quả rất ấn tượng trên bài đo HPCG. HPCG, tức High Performance Conjugate Gradients, là phép thử phản ánh gần hơn hiệu năng thực tế của các ứng dụng khoa học, khác với HPL, bài benchmark nổi tiếng thường được dùng để xếp hạng Top500 dựa trên khả năng giải hệ phương trình tuyến tính mật độ cao.

Khi hoàn thiện, phân vùng CPU của JUPITER sẽ gồm 1.300 node với tổng cộng 2.600 bộ xử lý Rhea1. Trong hạ tầng máy tính lớn, node có thể hiểu là một máy chủ hoặc một đơn vị tính toán độc lập bên trong cụm siêu máy tính. Tổng hiệu năng ước tính của phân vùng này vào khoảng 5 petaFLOPS, tức 5 triệu tỷ phép tính dấu phẩy động mỗi giây. Con số này nhỏ hơn rất nhiều so với phần Booster dùng GPU, nhưng vẫn có ý nghĩa thực tế lớn vì nó phục vụ những loại tác vụ mà tăng tốc GPU không phải lúc nào cũng là lựa chọn tối ưu.

Giới chức EuroHPC JU, liên doanh của EU phụ trách thúc đẩy hạ tầng siêu máy tính châu Âu, xem việc giao hàng Rhea1 là bước ngoặt chiến lược. Thay vì chỉ lắp ráp hệ thống bằng công nghệ nhập khẩu, châu Âu đang cố gắng tạo ra chuỗi giá trị riêng, từ nghiên cứu, thiết kế chip đến triển khai hạ tầng. Khái niệm “chủ quyền số” trong bối cảnh này không chỉ nói về dữ liệu, mà còn bao gồm năng lực tự thiết kế và kiểm soát các công nghệ lõi như bộ xử lý, mạng liên kết và nền tảng tính toán phục vụ khoa học, công nghiệp và quốc phòng.

JUPITER cũng không phải chiến thắng duy nhất của SiPearl. Siêu máy tính Alice Recoque trong tương lai dự kiến sẽ dùng chip Rhea2 cho phân vùng CPU và bộ tăng tốc MI430X của AMD cho phân vùng GPU. Điều đó cho thấy SiPearl đang được đặt vào vai trò hạt nhân trong nỗ lực xây dựng dòng chip máy chủ và HPC mang dấu ấn châu Âu. Dù Rhea1 có thể chưa phải bộ xử lý tiên tiến nhất về mặt kiến trúc, việc nó thực sự bước vào một siêu máy tính exascale hàng đầu vẫn là tín hiệu mạnh mẽ rằng châu Âu đang chuyển từ tham vọng sang triển khai thực tế.