Với tư cách là người đoạt giải Turing Award 2021 (còn được gọi là giải Nobel về máy tính) và một trong những người sáng lập Danh sách Top 500 đánh giá các siêu máy tính mạnh nhất thế giới, quan điểm của Dongarra về tương lai siêu máy tính mang tính định hướng quan trọng cho cả cộng đồng khoa học và nền công nghiệp nói chung.
Máy tính lai- Giải pháp cho tương lai
Theo Dongarra, thế hệ siêu máy tính tiếp theo sẽ không đơn thuần là việc nâng cấp phần cứng truyền thống, mà là sự kết hợp thông minh giữa các hệ thống tính toán cổ điển với công nghệ lượng tử và trí tuệ nhân tạo (AI).
Đây được coi là bước chuyển mình quyết định để vượt qua những giới hạn hiện tại của Định luật Moore, khi việc thu nhỏ transistor đã gần chạm đến rào cản vật lý.
Dongarra nhấn mạnh rằng tương lai của siêu máy tính không nằm ở việc thay thế hoàn toàn các hệ thống cổ điển bằng máy tính lượng tử, mà ở sự kết hợp hài hòa giữa cả hai.
Ông mô tả hệ thống lai này như một bộ máy tính toán đa lớp, nơi mỗi thành phần sẽ đảm nhiệm những nhiệm vụ phù hợp nhất với đặc điểm của mình.
Trong tầm nhìn của Dongarra, các bộ xử lý lượng tử (QPU) sẽ đóng vai trò như những “bộ gia tốc chuyên dụng” cho các bài toán tối ưu hóa phức tạp, đặc biệt trong mô phỏng phân tử để tìm ra những loại thuốc hay vật liệu mới.
Những bài toán này có độ phức tạp theo hàm mũ, khiến ngay cả những siêu máy tính mạnh nhất hiện nay cũng phải “bó tay”. Tuy nhiên, các máy tính lượng tử, với khả năng tận dụng các hiệu ứng chồng chập và vướng víu lượng tử, có thể xử lý chúng một cách hiệu quả hơn nhiều.
Đồng thời, các CPU và GPU truyền thống sẽ tiếp tục đảm nhiệm các tác vụ tính toán chính, xử lý dữ liệu lớn và thực hiện các thuật toán AI. Sự phân công hợp lý này không chỉ tối ưu hóa hiệu suất mà còn giúp tận dụng tối đa thế mạnh của từng loại bộ xử lý.
Một trong những quan điểm độc đáo nhất của Dongarra là vai trò của AI trong hệ thống siêu máy tính tương lai. Ông không xem AI chỉ đơn thuần là một ứng dụng chạy trên siêu máy tính, mà còn là “chất keo” kết nối và điều phối toàn bộ hệ thống.
Jack Dongarra đóng vai trò quan trọng trong máy tính hiệu năng cao (Ảnh: Bộ Năng lượng Hoa Kỳ).
Theo Dongarra, AI sẽ tối ưu hóa siêu máy tính theo thời gian thực, sử dụng các kỹ thuật mô hình hóa dự đoán để phân bổ tài nguyên một cách thông minh. Hệ thống sẽ có khả năng tự động quyết định khi nào nên sử dụng bộ xử lý cổ điển, khi nào chuyển sang QPU và làm thế nào để phối hợp chúng để đạt hiệu quả tối ưu.
Tầm nhìn này đang được hiện thực hóa qua nhiều dự án tiên phong.
Tập đoàn bán dẫn hàng đầu Nvidia và Quantum Machines vừa giới thiệu hệ thống DGX Quantum, kết nối chặt chẽ bộ điều khiển lượng tử với siêu chip AI chỉ trong vài micro giây.
Hệ thống này cho phép thực hiện sửa lỗi lượng tử theo thời gian thực và hiệu chuẩn bộ xử lý lượng tử bằng AI, mở ra khả năng mới cho các ứng dụng lai lượng tử-cổ điển.
Thách thức mới trong cuộc đua công nghệ toàn cầu
Dongarra cũng không né tránh việc thảo luận về những thách thức mà ngành siêu máy tính đang phải đối mặt như tình trạng thiếu hụt nguồn vốn nghiên cứu và áp lực cạnh tranh quốc tế, đặc biệt là từ Trung Quốc.
Những tiến bộ gần đây của Trung Quốc trong lĩnh vực này như máy tính lượng tử Jiuzhang có thể thực hiện các tác vụ nhanh hơn 180 triệu lần so với siêu máy tính mạnh nhất, hay bộ xử lý lượng tử Zuchongzhi 3.0 với 105 qubit, đã gióng lên hồi chuông cảnh tỉnh cho các nước phương Tây.
Máy tính lượng tử Jiuzhang của Trung Quốc có thể thực hiện các tác vụ nhanh hơn 180 triệu lần so với siêu máy tính mạnh nhất (Ảnh: Spectrum)
Việc trao Giải Jack Dongarra Early Career Award năm nay cho Tiến sĩ Lin Gan của trường Đại học Thanh Hoa (Trung Quốc) bởi những đóng góp về thuật toán HPC kết nối giữa hệ thống cổ điển và lượng tử càng khẳng định tính chất toàn cầu của cuộc đua này.
Dongarra kêu gọi tăng cường hợp tác quốc tế thông qua các tổ chức như North American Artificial Intelligence (NAAI), nơi ông vừa gia nhập gần đây, để thúc đẩy việc tích hợp AI một cách có đạo đức vào siêu máy tính.
Dongarra chỉ ra những thách thức không kém phần quan trọng trong việc phát triển nguồn nhân lực. Hiện tỷ lệ thiếu hụt nhân tài có chuyên môn liên ngành về AI, tính toán lượng tử và HPC vẫn còn rất lớn.
Mặc dù các sáng kiến như Chương trình Lượng tử Texas đang mở rộng nguồn cung nhân tài, nhưng việc chuẩn bị sẵn sàng trên diện rộng vẫn còn cần thời gian.
Hơn nữa, việc tích hợp AI, HPC và công nghệ lượng tử vào các quy trình làm việc thống nhất đòi hỏi sự phối hợp cơ sở hạ tầng phức tạp đang làm chậm tốc độ triển khai. Vấn đề an ninh mạng cũng trở nên phức tạp hơn khi các hệ thống lai này có thể trở thành mục tiêu tấn công từ nhiều hướng khác nhau.
Những ứng dụng đột phá đang chờ đợi
Tiềm năng của hệ thống siêu máy tính lai không chỉ dừng lại ở lý thuyết. Các ứng dụng thực tế đang được phát triển với tốc độ nhanh chóng, từ khám phá thuốc mới đến mô hình hóa khí hậu, từ tối ưu hóa tài chính đến phát triển vật liệu tiên tiến.
Trong lĩnh vực y học, hệ thống lai có thể mô phỏng các phản ứng phân tử phức tạp để tìm ra những hợp chất dược phẩm mới một cách nhanh chóng và chính xác hơn.
Đối với biến đổi khí hậu, khả năng xử lý các mô hình khí hậu toàn cầu với độ phân giải cao sẽ giúp các nhà khoa học dự đoán và ứng phó với các hiện tượng thời tiết cực đoan tốt hơn.
Trong lĩnh vực tài chính, các thuật toán tối ưu hóa lượng tử có thể cách mạng hóa việc phân tích rủi ro và quản lý danh mục đầu tư. Còn trong nghiên cứu vật liệu, khả năng mô phỏng cấu trúc nguyên tử ở mức độ chưa từng có sẽ mở ra con đường phát triển các vật liệu siêu dẫn, pin năng lượng cao và các hợp kim tiên tiến.
Để hiện thực hóa tầm nhìn này, Dongarra nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xây dựng cơ sở hạ tầng phù hợp. Điều này không chỉ bao gồm phần cứng tiên tiến mà còn cả phần mềm trung gian (middleware) để tích hợp các mạch lượng tử với tài nguyên tính toán cổ điển.
Siêu máy tính ABCI-Q của Nhật Bản (Ảnh: Wccftech).
Các trung tâm siêu máy tính trên thế giới đang tích cực triển khai cơ sở hạ tầng lai này. Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển toàn cầu về Công nghệ kinh doanh bằng Lượng tử-AI (G-QuAT) của Nhật Bản với siêu máy tính ABCI-Q được trang bị 2.020 GPU Nvidia H100, tích hợp với các bộ xử lý lượng tử siêu dẫn của Fujitsu, bộ xử lý nguyên tử trung tính của QuEra và bộ xử lý photonic của OptQC.
Tương tự, các dự án tại châu Âu như siêu máy tính Jupiter của Đức, Fugaku của Nhật Bản và PSNC của Ba Lan đều đã bắt đầu tích hợp phần cứng tính toán lượng tử. Việc Đan Mạch công bố kế hoạch xây dựng siêu máy tính lượng tử Magne với 50 qubit logic ban đầu, hợp tác giữa Microsoft và Atom Computing, cũng thể hiện xu hướng toàn cầu này.
Hãy sẵn sàng cho một kỷ nguyên mới đang bắt đầu
Dongarra dự đoán rằng giai đoạn 2025-2030 sẽ chứng kiến sự bùng nổ của các ứng dụng lai lượng tử - AI.
Các trường hợp sử dụng đầu tiên sẽ bao gồm mạng đối nghịch tạo sinh lượng tử cho khám phá thuốc, học tăng cường được hỗ trợ bởi các thuật toán phụ lượng tử (quantum subroutines) và các bộ giải tối ưu hóa được tăng cường lượng tử áp dụng cho các vấn đề hậu cần thực tế.
IBM với lộ trình lượng tử của mình dự kiến sẽ đạt được những đột phá đáng kể vào năm nay, khi loại bỏ một số rào cản lớn nhất trong việc mở rộng quy mô phần cứng lượng tử.
Đến năm 2026, chip Kookaburra của IBM sẽ tạo nên hệ thống 4.158 qubit, đánh dấu bước tiến vượt bậc trong khả năng tính toán lượng tử.
Tầm nhìn của Jack Dongarra về tương lai siêu máy tính không chỉ là một dự đoán khoa học mà còn là lời kêu gọi hành động. Sự kết hợp giữa tính toán cổ điển, lượng tử và AI sẽ tạo ra những khả năng tính toán chưa từng có, mở ra cơ hội giải quyết những thách thức lớn nhất của nhân loại.
Như Jack Dongarra đã nói, chúng ta đang bước vào một kỷ nguyên mới của tính toán, nơi ranh giới giữa khả thi và không khả thi sẽ được định nghĩa lại hoàn toàn. Câu hỏi không phải là liệu điều này có xảy ra hay không, mà là chúng ta đã sẵn sàng nắm bắt cơ hội ấy chưa.
Nguồn: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/cach-ai-luong-tu-va-tinh-toan-co-dien-dinh-hinh-lai-sieu-may-tinh-20250807140924177.htm
Bình luận (0)