DARPA muốn biến chip trong thiệp nhạc thành máy tính chiến trường siêu nhỏ, tự sửa mã và hoạt động với tài nguyên tối thiểu

DARPA, cơ quan phụ trách các dự án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến của Mỹ, vừa phát đi yêu cầu cung cấp thông tin về những mô hình điện toán tài nguyên thấp mới cho các hệ thống siêu nhỏ. Điểm thú vị là nguồn cảm hứng lại đến từ hai thứ tưởng như không liên quan: ENIAC, chiếc máy tính điện tử lập trình đa dụng đầu tiên, và các tấm thiệp chúc mừng phát nhạc. Theo DARPA, chip và pin nhỏ xíu trong thiệp hay sách thiếu nhi ngày nay đã sở hữu năng lực xử lý và bộ nhớ vượt xa ENIAC. ENIAC là cột mốc lịch sử của ngành máy tính, ra đời từ thập niên 1940, nhưng lại khổng lồ và tiêu tốn rất nhiều điện năng. Sự đối lập này khiến DARPA đặt câu hỏi: nếu sức mạnh tính toán đã rẻ đến mức xuất hiện trong đồ dùng dùng một lần, vì sao chưa thể khai thác nó tốt hơn ở dạng cực nhỏ cho các nhiệm vụ thực địa?

Thông điệp cốt lõi của DARPA là bản thân việc tính toán giờ gần như đã rất rẻ, trong khi các tài nguyên vật lý để duy trì hệ thống như nguồn điện, không gian chứa linh kiện và khả năng tản nhiệt mới là điểm nghẽn lớn. Cơ quan này gọi đó là một “nghịch lý tài nguyên” ở phân khúc điện toán cấp thấp. Nói cách khác, mục tiêu không phải thu nhỏ một trung tâm dữ liệu vào con chip tí hon, mà là tạo ra những thiết bị có thể làm việc hữu ích dù chỉ có rất ít điện năng, rất ít bộ nhớ và phần cứng không hoàn hảo. Đây là hướng đi đặc biệt hấp dẫn trong môi trường chiến trường, nơi thiết bị phải rẻ, gọn, dễ triển khai và chấp nhận được các điều kiện vận hành khắc nghiệt.

Trong tài liệu mời gọi ý tưởng, DARPA muốn các đề xuất tập trung vào một hoặc nhiều bài toán như vận hành với mức điện năng và dung lượng nhớ cực thấp, chịu được linh kiện thiếu ổn định, hoặc có thể được chế tạo bằng quy trình sản xuất độ chính xác thấp. “Độ chính xác thấp” ở đây có thể hiểu là cách chế tạo không cần công nghệ bán dẫn tiên tiến nhất, phù hợp với dây chuyền cũ, công nghệ kế thừa hoặc thậm chí các hệ sinh thái kỹ thuật còn sơ khai. Điều này rất quan trọng vì trong thực tế quân sự, không phải lúc nào chuỗi cung ứng hiện đại cũng sẵn sàng. DARPA đang mở cánh cửa cho những kiến trúc điện toán không cần phần cứng hào nhoáng, miễn là chúng đủ thông minh để hoàn thành nhiệm vụ.

Ngoài hạn chế phần cứng, DARPA còn nhấn mạnh các rào cản hậu cần và an ninh. Một trong số đó là “môi trường độ tin cậy thấp”, tức bối cảnh mà dữ liệu đầu vào hoặc chính các thành phần hệ thống có thể không đáng tin. Trong những tình huống như vậy, thiết bị phải hoạt động an toàn ngay cả khi cảm biến, nguồn dữ liệu hay mô-đun phần cứng có nguy cơ bị lỗi hoặc bị can thiệp. Cơ quan này cũng đề cập đến nguyên tắc “đặc quyền tối thiểu”, nghĩa là hệ thống chỉ nên được cấp đúng mức quyền cần thiết để vận hành, thay vì quyền quản trị toàn phần. Đây là cách tiếp cận phổ biến trong an ninh mạng nhằm giảm rủi ro nếu thiết bị bị xâm nhập, đặc biệt liên quan đến quyền “root access” hay quyền kiểm soát cao nhất trên một hệ thống.

Phần gây chú ý nhất trong yêu cầu của DARPA là mong muốn có các thiết bị siêu nhỏ, giá rẻ nhưng vẫn đủ tin cậy để tự lập trình, tự sửa đổi và tự thích nghi mà không cần phụ thuộc vào máy tính bên ngoài. Điều này liên quan đến khái niệm “self-hosting”, tức hệ thống có thể tự duy trì môi trường phát triển và vận hành của chính nó. Với các thiết bị siêu nhỏ, self-hosting không phải chuyện chạy website, mà là khả năng tự biên dịch hoặc tự tạo mã tác vụ ngay trên thiết bị. “Cross-compilation toolchain” mà DARPA muốn loại bỏ là chuỗi công cụ biên dịch trên máy chủ khác để tạo phần mềm cho thiết bị đích. Thay vào đó, họ muốn kiến trúc cho phép hệ thống tự thích nghi, tự biên dịch lại, hoặc tự sinh mã vận hành hoàn toàn tại chỗ. Nói đơn giản, đây là những cỗ máy tí hon có thể tự viết lại cách chúng hoạt động khi nhiệm vụ thay đổi.

Yêu cầu của DARPA rõ ràng rất tham vọng vì nó đòi hỏi phần cứng cấp thấp phải làm những việc vốn chỉ quen thuộc với các hệ thống mạnh hơn nhiều. Tuy nhiên, DARPA từ lâu đã nổi tiếng là nơi ươm mầm cho nhiều công nghệ sau này đi vào đời sống dân sự. Nếu chương trình này tạo ra đột phá, tương lai có thể xuất hiện một thế hệ thiết bị cực nhỏ nhưng tự chủ hơn nhiều: cảm biến chiến trường có thể tự tối ưu nhiệm vụ, thiết bị dùng một lần vẫn đủ thông minh để xử lý tình huống bất ngờ, hoặc thậm chí các món đồ điện tử dân dụng giá rẻ cũng được trang bị khả năng thích nghi ở mức gần giống AI thu gọn. Ý tưởng một tấm thiệp điện tử hay đồ chơi trẻ em chứa một “bộ não” nhỏ biết tự điều chỉnh nghe có vẻ lạ lùng hôm nay, nhưng đó chính là kiểu viễn cảnh mà DARPA đang muốn thúc đẩy.