9 siêu máy tính mạnh nhất thế giới hiện nay

Siêu máy tính hoạt động theo nguyên lý giống như máy tính thông thường, nhưng có hiệu suất vượt trội và kích thước đồ sộ hơn, gợi nhớ đến những cỗ máy tính cổ điển ngày xưa.

Không giống như máy tính để bàn hay laptop, chúng xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ và thực hiện các phép tính với tốc độ đáng kinh ngạc. Theo IBM, siêu máy tính là những cỗ máy nhanh nhất thế giới, đòi hỏi hạ tầng phức tạp để vận hành, bao gồm cả hệ thống làm mát tiên tiến.

Về mặt kiến trúc, siêu máy tính được trang bị nhiều thành phần mạnh mẽ hơn so với PC thông thường. Nếu một chiếc laptop chỉ có một bộ xử lý trung tâm (CPU) và một bộ xử lý đồ họa (GPU), thì một siêu máy tính có thể sở hữu hàng nghìn CPU và GPU, mỗi bộ đều có hiệu năng vượt xa các linh kiện thương mại thông thường.

Hiệu suất của chúng được đo bằng số phép toán dấu phẩy động trên giây (FLOPS). Trong khi PC hoặc laptop chỉ đạt đến vài trăm gigaFLOPS (tương đương hàng nghìn tỷ FLOPS), thì siêu máy tính mạnh nhất thế giới hiện nay đã vượt qua mốc 1 exaFLOP, tương đương một tỷ tỷ (10¹⁸) FLOPS. Những cỗ máy đạt đến cấp độ này được gọi là siêu máy tính exascale.

Nhờ khả năng xử lý lượng dữ liệu khổng lồ với tốc độ cực nhanh, siêu máy tính trở thành công cụ không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực khoa học. Chúng hỗ trợ nghiên cứu phát triển thuốc, khám phá vật liệu mới, dự báo thời tiết và thậm chí có thể "học" để chơi cờ vua, giống như Deep Blue, siêu máy tính huyền thoại của IBM đã đánh bại kỳ thủ cờ vua Garry Kasparov của Nga vào năm 1997.

1. Siêu máy tính El Capitan

- Địa điểm: Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, California, Mỹ

- Hiệu suất: 1.742 petaFLOPS (tương đương 1.742 exaFLOPS)

- Thành phần: CPU AMD EPYC 24 lõi thế hệ thứ 4 tích hợp trong APU AMD Instinct MI300A

- Bắt đầu hoạt động: Tháng 11 năm 2024

El Capitan hiện là siêu máy tính mạnh nhất thế giới và là cỗ máy exascale thứ 3 từng được triển khai, chính thức đi vào hoạt động vào cuối năm 2024.

Được đặt tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, siêu máy tính này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và đảm bảo an ninh kho vũ khí hạt nhân của Mỹ mà không cần thử nghiệm dưới lòng đất.

Ngoài ra, El Capitan còn hỗ trợ các nhiệm vụ tối mật liên quan đến an ninh quốc gia, bao gồm ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy vào các hệ thống phòng thủ tiên tiến.

Không chỉ giới hạn trong lĩnh vực quân sự, El Capitan còn được sử dụng để giải quyết những bài toán khoa học phức tạp, đặc biệt trong khoa học vật liệu và vật lý.

Siêu máy tính này được Bộ Năng lượng Mỹ xây dựng như một phần của chương trình CORAL-2, nhằm thay thế Sierra, một siêu máy tính được triển khai vào năm 2018. Với hiệu suất đỉnh cao, El Capitan đánh dấu một bước tiến lớn trong sức mạnh tính toán, mở ra kỷ nguyên mới của siêu máy tính exascale.

2. Siêu máy tính Frontier

- Địa điểm: Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, Tennessee, Mỹ

- Hiệu suất: 1.353 petaFLOPS (tương đương 1.4 exaFLOPS)

- Thành phần: CPU AMD EPYC 64 lõi và GPU AMD Instinct MI250X

- Bắt đầu hoạt động: Tháng 8 năm 2022

Đứng thứ 2 trong danh sách những siêu máy tính mạnh nhất thế giới, Frontier do công ty HPE Cray chế tạo đã đi vào lịch sử khi trở thành siêu máy tính exascale đầu tiên vào năm 2022.

Theo Tạp chí công nghệ hàng đầu thế giới IEEE Spectrum, ban đầu Frontier được thiết kế để hỗ trợ các nghiên cứu tiên tiến trong nhiều lĩnh vực quan trọng như ung thư, khám phá thuốc, phản ứng tổng hợp hạt nhân, vật liệu mới, thiết kế động cơ siêu hiệu suất và mô phỏng vụ nổ của các vì sao trong vũ trụ.

Trong tương lai, Frontier sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong các nghiên cứu khoa học, từ phát triển công nghệ vận tải thế hệ mới đến đột phá trong y học. Ngoài ra, siêu máy tính này còn được sử dụng để mô phỏng quy mô lớn về vũ trụ.

Evan Schneider, Phó Giáo sư vật lý thiên văn tại Đại học Pittsburgh (Mỹ), chia sẻ với Tạp chí MIT Tech Review rằng, ông có kế hoạch sử dụng Frontier để nghiên cứu sự tiến hóa của Dải Ngân Hà theo thời gian.

Với hiệu suất vượt trội, Frontier không chỉ là một cột mốc quan trọng trong điện toán hiệu năng cao mà còn mở ra kỷ nguyên mới cho khoa học và công nghệ.

3. Siêu máy tính Aurora

- Địa điểm: Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Illinois, Mỹ

- Hiệu suất: 1.012 petaFLOPS (tương đương 1.0 exaFLOPS)

- Thành phần: CPU Intel Xeon Max Series và GPU Intel Data Center Max Series

- Bắt đầu hoạt động: Tháng 6 năm 2023

Là một trong những siêu máy tính mới nhất và đầy tiềm năng nhất trong danh sách, Aurora có thể trở thành cỗ máy mạnh nhất hành tinh. Được đặt tại Trung tâm điện toán hiệu năng cao Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), Aurora là siêu máy tính exascale thứ 3 từng được xây dựng và theo đại diện ALCF, hệ thống này có thể đạt đến 2 exaFLOPS, tức gấp đôi hiệu suất của Frontier.

Hợp tác phát triển bởi Intel và HPE, Aurora không chỉ hỗ trợ các công cụ khoa học và phân tích, mà còn thực hiện mô phỏng phức tạp và vận hành các thuật toán AI tiên tiến. Nhờ sức mạnh tính toán khổng lồ, Aurora có thể tạo ra các mô hình chính xác trong nhiều lĩnh vực như dự báo khí hậu, khoa học vật liệu, lưu trữ năng lượng và phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Theo trang tin tức chuyên sâu về điện toán hiệu năng cao HPCWire, phản ứng tổng hợp hạt nhân là một trong những trọng tâm nghiên cứu quan trọng của Aurora.

Các nhà khoa học hy vọng rằng, với sức mạnh của siêu máy tính này, bí ẩn về năng lượng tổng hợp quy mô lớn sẽ sớm được giải mã, mở ra kỷ nguyên mới cho nguồn năng lượng sạch và bền vững.

4. Siêu máy tính Eagle

- Địa điểm: Microsoft Azure

- Hiệu suất: 561 petaFLOPS ( tương đương 0,56 exaFLOPS)

- Thành phần: CPU Intel Xeon Platinum 8480C 48 lõi và GPU Nvidia H100

- Bắt đầu hoạt động: Tháng 8 năm 2023

Không giống như những siêu máy tính truyền thống được đặt trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu, Eagle của Microsoft tồn tại hoàn toàn trên đám mây. Được triển khai thông qua nền tảng Microsoft Azure, Eagle không chỉ là một trong những siêu máy tính nhanh nhất thế giới, mà còn có thể được truy cập bởi bất kỳ ai, miễn là họ sẵn sàng chi trả chi phí sử dụng.

Là một mạng lưới phân tán gồm nhiều hệ thống mạnh mẽ, Eagle có đủ sức mạnh để đứng ở vị trí thứ 4 trong danh sách siêu máy tính nhanh nhất thế giới. Điều này đánh dấu một bước tiến lớn trong điện toán đám mây, khi các siêu máy tính không còn bị giới hạn trong các phòng thí nghiệm vật lý, mà có thể được khai thác từ xa, phục vụ cho các công việc nghiên cứu, AI, khoa học dữ liệu và mô phỏng trên quy mô toàn cầu.

5. Siêu máy tính HPC6

- Địa điểm: Trung tâm dữ liệu xanh Eni, Ferrera Erbognone, Ý

- Hiệu suất: 477,9 petaFLOPS (tối đa 606 petaFLOPS)

- Thành phần: CPU AMD EPYC 64 lõi thế hệ thứ 3 trong GPU AMD Instinct MI250X

- Bắt đầu hoạt động: Tháng 11 năm 2024

Vào tháng 11 năm 2024, tập đoàn năng lượng Ý Eni đã cho ra mắt HPC6, siêu máy tính mạnh nhất châu Âu và cũng là siêu máy tính công nghiệp đầu tiên trên thế giới. Đây là siêu máy tính không phải của Mỹ đầu tiên lọt vào top 5 siêu máy tính nhanh nhất toàn cầu.

Nhờ những cải tiến đột phá trong cơ sở hạ tầng tại Trung tâm dữ liệu xanh Eni, hiệu suất của HPC6 đã tăng gần 10 lần, từ 70 petaFLOPS lên tối đa 606 petaFLOPS. Hệ thống này được thiết kế để hỗ trợ các nghiên cứu về khử carbon và tối ưu hóa hiệu quả năng lượng, góp phần vào công cuộc phát triển bền vững.

HPC6 sẽ đảm nhiệm nhiều nhiệm vụ quan trọng trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ tiên tiến như nghiên cứu động lực học địa chất và chất lỏng để lưu trữ CO₂, cũng như phát triển pin hiệu suất cao, tối ưu hóa chuỗi cung ứng nhiên liệu sinh học, phát triển vật liệu cho các ứng dụng trong lĩnh vực hóa sinh và mô phỏng hành vi plasma trong phản ứng tổng hợp giới hạn từ, hỗ trợ nghiên cứu về năng lượng nhiệt hạch.

HPC6 cũng được trang bị hệ thống làm mát bằng chất lỏng hiện đại, sử dụng phương pháp "trực tiếp" giúp tản 96% nhiệt lượng, nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng tối đa.

Với sức mạnh tính toán khổng lồ và các ứng dụng đột phá, HPC6 không chỉ là niềm tự hào của châu Âu mà còn là bước tiến lớn trong lĩnh vực siêu máy tính phục vụ công nghiệp và năng lượng sạch.

6. Siêu máy tính Fugaku

- Địa điểm: Trung tâm Khoa học tính toán Riken, Kobe, Nhật Bản

- Hiệu suất: 442 petaFLOPS (tương đương 0,44 exaFLOPS)

- Thành phần: CPU A64FX

- Bắt đầu hoạt động: Tháng 6 năm 2020

Từng giữ danh hiệu siêu máy tính mạnh nhất thế giới từ tháng 6 năm 2020 đến tháng 6 năm 2022, Fugaku vẫn là một trong những hệ thống lâu đời nhất trong danh sách những siêu máy tính hàng đầu hiện nay.

Fugaku được đặt theo tên Núi Phú Sĩ, ngọn núi lửa biểu tượng của Nhật Bản, nằm cách Tokyo khoảng 100 km. Hệ thống này đã thay thế Summit, khi lần đầu tiên giành vị trí số 1 trong bảng xếp hạng TOP500 các siêu máy tính mạnh nhất thế giới.

Trong nhiều năm qua, Fugaku đã được sử dụng cho những nghiên cứu khoa học quan trọng. Đặc biệt, trong đại dịch COVID-19, các nhà khoa học đã tận dụng sức mạnh tính toán của Fugaku để mô phỏng sự lây lan của virus.

Theo tờ Nikkei Asia, siêu máy tính này đã giúp chứng minh rằng khẩu trang vải không dệt có hiệu quả cao hơn trong việc ngăn chặn các giọt nước bắn ra trong không khí, góp phần định hướng chính sách y tế.

Hiện nay, Fugaku tiếp tục khẳng định vai trò tiên phong khi được sử dụng để đào tạo các mô hình AI ngôn ngữ lớn (LLM) của Nhật Bản, tương tự như cách ChatGPT được phát triển. Theo tờ Japan News, đây là một phần trong chiến lược phát triển AI của Nhật Bản, nhằm xây dựng các mô hình AI tối ưu hóa cho ngôn ngữ và văn hóa Nhật.

Dù không còn giữ vị trí dẫn đầu, Fugaku vẫn là một trong những siêu máy tính quan trọng nhất thế giới, đóng góp lớn cho khoa học, y tế và AI.

7. Siêu máy tính Alps

- Địa điểm: Trung tâm siêu máy tính quốc gia Thụy Sĩ, Lugano, Thụy Sĩ

- Hiệu suất: 270 petaFLOPS (tương đương 0,27 exaFLOPS)

- Thành phần: Bộ xử lý Nvidia GH200 Grace Hopper

- Bắt đầu hoạt động: Tháng 9 năm 2024

Khánh thành vào tháng 9 năm 2024, siêu máy tính Alps là một trong những cỗ máy tính toán mạnh mẽ nhất thế giới, được thiết kế để xử lý lượng dữ liệu khổng lồ phục vụ cho khoa học hiện đại.

Đây cũng là hệ thống thay thế cho Piz Daint, siêu máy tính trước đây của Trung tâm Siêu máy tính Quốc gia Thụy Sĩ (CSCS). Đặc biệt, Alps được mở cho các nhà nghiên cứu toàn cầu, giúp đẩy nhanh các nghiên cứu khoa học tiên tiến.

Cơ sở hạ tầng của Alps được thiết kế với khả năng phân bổ tài nguyên linh hoạt, cho phép dành riêng một phần sức mạnh tính toán của nó cho các mục đích chuyên biệt khác nhau.

Mặc dù trung tâm chính của Alps nằm tại CSCS, nhưng hệ thống này không chỉ hoạt động tại một địa điểm duy nhất. Nó được phân bổ trên nhiều cơ sở nghiên cứu lớn, bao gồm Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ tại Lausanne, Viện Paul Scherrer (PSI) tại Villingen và Trung tâm Dự báo Thời tiết Tầm trung Châu Âu (ECMWF) tại Bologna, Ý

Siêu máy tính Alps không chỉ là một cỗ máy tính toán mạnh mẽ mà còn là trung tâm nghiên cứu khoa học mở, hỗ trợ các ngành từ khí tượng học đến AI. Với kiến trúc linh hoạt và mạng lưới phân tán, Alps đang góp phần định hình tương lai của khoa học và công nghệ trên toàn cầu.

8. Siêu máy tính LUMI

- Địa điểm: Trung tâm dữ liệu CSC, Kajaani, Phần Lan

- Hiệu suất: 380 petaFLOPS (tương đương 0,38 exaFLOPS)

- Thành phần: CPU AMD EPYC 64 lõi thế hệ thứ 3 và GPU AMD Instinct MI250X

- Bắt đầu hoạt động: Tháng 6 năm 2021

LUMI, có trụ sở tại Phần Lan, từng là siêu máy tính mạnh nhất châu Âu và hiện là siêu máy tính nhanh thứ 8 trên thế giới. Theo các quan chức Liên minh châu Âu (EU) , nó sử dụng 100% năng lượng thủy điện tái tạo và nhiệt thải của nó được sử dụng để sưởi ấm các tòa nhà gần đó. Nó bắt đầu chạy thử nghiệm vào tháng 6 năm 2021 và đi vào hoạt động chính thức vào tháng 2 năm 2023.

LUMI không chỉ là một siêu máy tính mạnh mẽ mà còn được thiết kế để phục vụ các nhà nghiên cứu trên khắp châu Âu, thúc đẩy các dự án hợp tác khoa học quy mô lớn.

Theo các quan chức trước đây, hệ thống này được tối ưu hóa đặc biệt cho khối lượng công việc dựa trên AI, giúp đẩy nhanh quá trình phân tích dữ liệu và mô phỏng tiên tiến.

Một trong những điểm đột phá của LUMI là vai trò của nó trong việc kết hợp sức mạnh của siêu máy tính với điện toán lượng tử. Cụ thể, LUMI hoạt động như một "đối tác" của hai hệ thống điện toán lượng tử có trụ sở tại Phần Lan là QAL 9000 và Helmi.

Sự hợp tác này giúp các nhà khoa học khai thác tiềm năng của điện toán lượng tử, mặc dù công nghệ này vẫn còn nhiều hạn chế so với những gì nó có thể đạt được trong tương lai.

Mô hình kết hợp giữa điện toán lượng tử và siêu máy tính như LUMI giúp tạo ra một hệ thống mạnh mẽ hơn, hỗ trợ những nghiên cứu tiên tiến trong nhiều lĩnh vực như hóa học lượng tử, mô phỏng vật liệu và tối ưu hóa AI.

LUMI không chỉ là một siêu máy tính AI tiên tiến mà còn là cầu nối giữa điện toán cổ điển và lượng tử, mang đến cho các nhà nghiên cứu những công cụ mạnh nhất hiện nay để khám phá những chân trời mới trong khoa học và công nghệ.

9. Siêu máy tính Leonardo

- Địa điểm: Trung tâm dữ liệu CINECA, Bologna, Ý

- Hiệu suất: 239 petaFLOPS (tương đương 0,23 exaFLOPS)

- Thành phần: CPU Intel Xeon Platinum 8358 32 lõi và GPU Nvidia A100

- Bắt đầu hoạt động: Tháng 11 năm 2022

Leonardo là một trong những siêu máy tính tiên tiến nhất châu Âu, thuộc chương trình EuroHPC của Liên minh châu Âu. Hệ thống này được xây dựng từ 3 mô-đun mạnh mẽ, kết hợp lại để tạo nên siêu máy tính nhanh thứ 2 ở châu Âu, cung cấp sức mạnh tính toán khổng lồ cho nghiên cứu khoa học và công nghệ.

Siêu máy tính này được vận hành bởi CINECA, một tập đoàn công nghệ hàng đầu của Ý, bao gồm các trường đại học hàng đầu, các trung tâm nghiên cứu công lập và các cơ quan chính phủ.

Leonardo không chỉ là một siêu máy tính mạnh mẽ, mà còn là biểu tượng cho sự hợp tác khoa học và công nghệ tại châu Âu, góp phần thúc đẩy những đột phá quan trọng trong nhiều lĩnh vực.