High Performance Computing(HPC) là gì?

HPC là gì?

HPC, viết tắt của High Performance Computing, tạm dịch là Tính toán hiệu năng cao. Đây là một lĩnh vực công nghệ sử dụng các máy tính có hiệu suất cao để giải quyết các vấn đề phức tạp hoặc xử lý lượng lớn dữ liệu và hoạt động với tốc độ vượt trội so với máy tính thông thường.

Để minh họa, một máy tính cá nhân hoặc máy tính xách tay với bộ xử lý CPU 3GHz có thể thực hiện khoảng 3 tỷ phép tính mỗi giây. Tuy tốc độ này đã nhanh hơn rất nhiều so với khả năng tính toán của con người, nhưng nó vẫn không thể sánh bằng khả năng tính toán của HPC.

Một ví dụ điển hình cho HPC là siêu máy tính. Siêu máy tính là một giải pháp HPC nổi tiếng, bao gồm hàng nghìn nút tính toán hợp tác để hoàn thành một hoặc nhiều nhiệm vụ. Đây được gọi là quá trình xử lý song song, tương tự như việc kết hợp sức mạnh tính toán của hàng nghìn PC được kết nối mạng để hoàn thành các tác vụ một cách nhanh chóng.

HPC hoạt động như thế nào?

HPC (High Performance Computing) hoạt động dựa trên việc sử dụng các hệ thống máy tính đa xử lý để giải quyết các vấn đề tính toán phức tạp. HPC sử dụng công nghệ tính toán song song, cho phép nhiều tác vụ được thực hiện cùng một lúc trên nhiều máy chủ hoặc bộ xử lý.

HPC hoạt động dựa trên ba thành phần chính:

1. Máy tính: Các máy chủ tính toán (gọi là nút) được kết nối lại với nhau trong các cụm để tạo thành một cụm HPC.
2. Mạng: Mạng kết nối các máy chủ tính toán lại với nhau và với hệ thống lưu trữ dữ liệu.
3. Lưu trữ: Hệ thống lưu trữ dữ liệu nắm bắt kết quả đầu ra từ các máy chủ tính toán.

Các máy chủ này, được gọi là nút, sử dụng CPU đa nhân hiệu suất cao hoặc GPU (đơn vị xử lý đồ họa), phù hợp cho các phép tính toán học nặng, mô hình học máy và các tác vụ yêu cầu đồ họa. Một cụm HPC duy nhất có thể bao gồm 100.000 nút hoặc nhiều hơn.

Tất cả các tài nguyên tính toán khác trong một cụm HPC – mạng, bộ nhớ, lưu trữ và hệ thống tập tin – đều là các thành phần tốc độ cao, thông lượng cao và độ trễ thấp có thể theo kịp các nút và tối ưu hóa sức mạnh và hiệu suất của cụm.

Xem thêm: GPU là gì? Tại sao nó lại quan trọng trong máy tính

Ứng dụng của HPC

HPC được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ nghiên cứu khoa học, dự báo thời tiết, khai thác dữ liệu, mô phỏng kinh doanh và nhiều hơn nữa. Các ứng dụng của HPC được thiết kế đặc biệt để tận dụng khả năng xử lý lượng lớn dữ liệu và thực hiện các phép tính phức tạp với tốc độ cao của các hệ thống tính toán hiệu năng cao. Dưới đây là một số ứng dụng quan trọng của HPC:

Phòng thí nghiệm nghiên cứu

Phòng thí nghiệm nghiên cứu khoa học thường sử dụng HPC để hỗ trợ các nhà khoa học trong việc khám phá và tìm ra nguồn năng lượng tái tạo, nắm bắt sự tiến hóa của vũ trụ, dự đoán và theo dõi các cơn bão, cũng như phát triển các vật liệu mới.

Ví dụ, Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne ở Illinois, Hoa Kỳ, sở hữu một siêu máy tính có tên là Theta, được sử dụng để nghiên cứu các vấn đề về năng lượng, vật liệu và y sinh.

Trong y khoa

Trong y khoa, HPC được sử dụng để phát triển các phương pháp điều trị, mô phỏng các ca phẫu thuật, giải trình tự bộ gen và phát triển các loại thuốc mới,…

Ví dụ, Dự án Cardioid là một dự án hợp tác giữa IBM, Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) và Đại học California, Berkeley. Dự án này sử dụng HPC để mô phỏng các cơ chế cân bằng nội môi của tim người ở cấp độ phân tử.

Truyền thông và giải trí

Truyền thông và giải trí, HPC được sử dụng để tạo ra các trải nghiệm thực tế ảo(VR) và tăng cường thực tế(AV) sống động và chân thực hơn bao giờ hết. HPC giúp tạo ra môi trường thực tế ảo, nhân vật thực tế ảo, hiệu ứng thực tế ảo.

Ví dụ, trong bộ phim Avatar của James Cameron, HPC được sử dụng để tạo ra các hiệu ứng hình ảnh chân thực và sống động, như nhân vật Na’vi và các sinh vật Pandora.

Trí tuệ nhân tạo và học máy

HPC đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của trí tuệ nhân tạo(AI) và học máy(ML). HPC cung cấp khả năng tính toán để đào tạo các mô hình AI và ML phức tạp. Các mô hình AI và ML này có thể được sử dụng để tạo ra các ứng dụng mới và cải thiện hiệu suất của các ứng dụng hiện có.

Ví dụ, Chat GPT sử dụng HPC để cung cấp sức mạnh tính toán mạnh mẽ trong việc đào tạo mô hình ChatGPT, xử lý lượng lớn dữ liệu văn bản và tăng tốc các tác vụ xử lý ngôn ngữ tự nhiên. Điều này có thể giúp ChatGPT hiểu và đáp ứng các lời nhắc và câu hỏi của người dùng nhanh hơn.

Các dịch vụ tài chính

HPC được sử dụng để theo dõi xu hướng chứng khoán theo thời gian thực và tự động hóa giao dịch. Ngoài ra, trong Kinh doanh thường sử dụng HPC để phân tích dữ liệu, tối ưu hóa chuỗi cung ứng và phát triển các sản phẩm và dịch vụ mới. 

Lợi ích của HPC

HPC, được sử dụng rất nhiều ngày nay, khi các giải pháp máy chủ ngày càng trở nên phổ biến hơn. HPC đề cập rộng rãi đến một loại máy tính nâng cao xử lý một lượng lớn dữ liệu hơn, thực hiện một loạt các phép tính phức tạp hơn và chạy ở tốc độ cao hơn so với máy tính cá nhân trung bình của bạn.

Dưới đây là một số lợi ích chính của HPC:

Hiệu suất

HPC cung cấp hiệu suất tốt hơn một PC trung bình. Một tổ chức có quyền truy cập vào HPC sẽ vượt trội hơn đối thủ cạnh tranh, đơn giản vì các nhiệm vụ hiện tại có thể được thực hiện hiệu quả hơn và vì giá trị mới có thể được thu thập từ dữ liệu có sẵn.

Tính khả dụng

HPC cho phép các tổ chức tiếp cận năng lực điện toán theo nhu cầu, tiết kiệm thời gian để tập trung vào việc giải quyết các vấn đề phức tạp mà không phải lo lắng về giới hạn cơ sở hạ tầng và giá cả.

Chi phí

Với HPC, bạn có thể tận dụng sức mạnh tổng hợp mà các loại bộ xử lý khác nhau có thể đạt được thông qua tính toán không đồng nhất; tập hợp các thiết bị lưu trữ trong một mạng an toàn và gắn kết.

Thời gian

HPC giúp giảm thời gian thực hiện các mô phỏng và thu thập thông tin chuyên sâu nhanh hơn. Ngoài ra, HPC còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như mô phỏng thời tiết và phòng chống thiên tai, xe tự hành, năng lượng, thực tế ảo và thực tế tăng cường, khám phá không gian, vật lý lượng tử, v.v.

Lời kết

Hy vọng sau khi đọc bài viết này, bạn đã hiểu High Performance Computing(HPC) là gì? HPC hoạt động như thế nào? Và những ứng dụng và lợi ích mà HPC mang lại. Nếu bạn có thắc mắc hay góp ý gì về bài viết này, hãy để lại bình luận bên dưới bài viết để được hỗ trợ nhanh chóng.