Châu Âu bước vào kỷ nguyên exascale với siêu máy tính JUPITER

Châu Âu chính thức bước vào kỷ nguyên exascale với việc vận hành JUPITER, siêu máy tính đầu tiên của châu lục có thể thực hiện hơn một tỷ tỷ (10¹⁸) phép tính mỗi giây. Hệ thống đã đi vào hoạt động và được giới thiệu trong một buổi lễ có sự tham dự của các nhà lãnh đạo châu Âu và Đức — một cột mốc cho khoa học, công nghiệp và chủ quyền số của khu vực.

“Exascale” nghĩa là gì — nói ngắn gọn

Tốc độ của một máy tính được đo bằng số phép tính mà nó thực hiện mỗi giây. Exascale có nghĩa là ít nhất một tỷ tỷ (10¹⁸) phép tính mỗi giây. Nếu con số này có vẻ trừu tượng, hãy hình dung: một hệ thống exascale có thể làm trong một giây những gì một máy tính xách tay mạnh mẽ phải mất nhiều năm mới hoàn thành. Hoa Kỳ vượt ngưỡng này đầu tiên vào năm 2022 với siêu máy tính Frontier; JUPITER lần đầu tiên mang mức năng lực đó đến châu Âu và đưa các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp trong khu vực vào nhóm dẫn đầu toàn cầu.

Cỗ máy: JUPITER đạt exascale như thế nào

JUPITER kết hợp nhiều công nghệ mũi nhọn để đạt hiệu năng exascale đồng thời duy trì hiệu suất năng lượng đặc biệt cao so với các hệ thống cùng hạng:

Nền tảng vi xử lý. Hệ thống sử dụng Superchip NVIDIA Grace Hopper (GH200), tích hợp CPU và GPU trên cùng một mô-đun để tăng tốc cả mô phỏng khoa học truyền thống lẫn tác vụ trí tuệ nhân tạo (AI).
Kiến trúc hệ thống. Được triển khai trong tủ máy BullSequana XH3000 của Eviden với làm mát chất lỏng bằng nước ấm trực tiếp, JUPITER được thiết kế cho mật độ tính toán cực cao và tản nhiệt hiệu quả.
Quy mô và liên kết. Khoảng 24.000 Superchip GH200 được kết nối qua NVIDIA Quantum-2 InfiniBand với xấp xỉ 51.000 liên kết tốc độ cao, cho phép dữ liệu lưu chuyển ở tốc độ vượt trội và giữ cho toàn bộ bộ xử lý hoạt động tối đa.
Lưu trữ và trung tâm dữ liệu. Hệ thống tích hợp gần một exabyte dung lượng lưu trữ và đặt trong tổ hợp trung tâm dữ liệu mô-đun khoảng 50 khối tiền chế, một thiết kế rút ngắn thời gian lắp đặt và giúp mở rộng trong tương lai dễ dàng hơn.

Ở bài toán khoa học độ chính xác kép (FP64), JUPITER thực thi xấp xỉ một exaflop — tức một tỷ tỷ phép tính dấu phẩy động mỗi giây. Với khối lượng công việc AI dùng độ chính xác thấp hơn, hiệu năng đỉnh lý thuyết có thể đạt khoảng 90 “AI exaflops”, đưa JUPITER trở thành một trong các siêu máy tính AI mạnh nhất thế giới.

Ai xây dựng — và vì sao điều này cũng mang ý nghĩa chính trị

JUPITER là dự án của EuroHPC, được tài trợ và triển khai bởi liên minh gồm European High-Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU), chính phủ Liên bang Đức, bang North Rhine–Westphalia và liên danh công nghiệp do Eviden (Atos) cùng ParTec dẫn dắt; NVIDIA cung cấp nền tảng tính toán tăng tốc. Kết quả là hệ thống exascale đầu tiên của châu Âu và, kể từ khi ra mắt, nhanh nhất châu lục và thuộc nhóm nhanh nhất thế giới. Bên cạnh yếu tố danh tiếng, JUPITER củng cố chủ quyền công nghệ của châu Âu khi đem năng lực tính toán đẳng cấp thế giới ngay trên lãnh thổ EU, giảm phụ thuộc cấu trúc vào hạ tầng bên ngoài.

Về chính trị, ý nghĩa rất rõ ràng. Tính toán hiệu năng cao (HPC) là nền tảng cho tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo, an ninh, chính sách khí hậu, ô tô, dược phẩm và nhiều lĩnh vực khác. Các quốc gia sở hữu năng lực exascale có thể lặp nhanh hơn, giữ dữ liệu nhạy cảm trong phạm vi pháp lý của mình và xây dựng hệ sinh thái nhân lực — doanh nghiệp xung quanh các cơ sở hạ tầng này. Việc JUPITER đi vào hoạt động phát đi thông điệp rõ ràng: châu Âu muốn trở thành nhà sản xuất — chứ không chỉ là người tiêu dùng — của công nghệ tính toán mũi nhọn.

JUPITER sẽ phục vụ những gì

Siêu máy tính đã được phân bổ cho danh mục rộng các dự án khoa học và công nghiệp:

Khí hậu và thời tiết. Các nhóm như tại Max Planck Institute for Meteorology vận hành mô phỏng khí hậu ở độ phân giải cỡ kilômét, tái hiện trung thực hơn dông bão dữ dội, mưa cực đoan và các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt khác. Bước nhảy về độ phân giải vốn khó khả thi trước đây này hứa hẹn dự báo tin cậy hơn và cơ sở vững chắc hơn cho chính sách công.
Năng lượng và vật liệu. Mô phỏng ở quy mô exa tăng tốc thiết kế pin thế hệ mới, chất xúc tác, bán dẫn và hệ thống năng lượng tái tạo, cho phép thử nghiệm ý tưởng trong môi trường ảo trước khi làm mẫu. Điều này rút ngắn vòng đời R&D và giảm chi phí khám phá.
Trí tuệ nhân tạo. JUPITER đồng thời là siêu máy tính AI tiên tiến nhất châu Âu, được xây dựng để huấn luyện các mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) đa ngữ châu Âu và kích hoạt các mô hình nền tảng cho ảnh, video và dữ liệu đa phương thức. Việc giữ quá trình huấn luyện trên hạ tầng châu Âu giúp tuân thủ dễ dàng hơn các khung pháp lý về bảo vệ dữ liệu và chủ quyền số.
Y học và thần kinh học. Các bộ mô phỏng nơ-ron độ trung thực cao sẽ mô hình hóa hoạt động não đến cấp dưới tế bào, hữu ích cho nghiên cứu Alzheimer, động kinh và nhiều rối loạn khác. Các chiến dịch động lực học phân tử sẽ xử lý những tổ hợp sinh phân tử khổng lồ, tiến gần mục tiêu tạo bản sao số (digital twin) của cơ quan để thử nghiệm thuốc và liệu pháp in silico.
R&D về điện toán lượng tử. Với bộ nhớ và băng thông đồ sộ, JUPITER hướng tới xác lập kỷ lục mô phỏng mạch lượng tử, đẩy xa giới hạn số qubit có thể mô phỏng. Nhờ vậy, thuật toán và thiết kế phần cứng lượng tử có thể được kiểm chứng trước khi thiết bị vật lý đạt đến quy mô tương ứng.

Hiệu quả năng lượng: sức mạnh khổng lồ, dấu chân kiểm soát được

Siêu máy tính có thể tiêu thụ hàng chục megawatt điện; vì thế hiệu quả không phải chi tiết — mà là cốt lõi. JUPITER được thiết kế từ đầu để tối đa hiệu năng trên mỗi watt.

Làm mát trực tiếp bằng nước ấm tản nhiệt khỏi CPU và GPU hiệu quả vượt xa làm mát bằng không khí. Vì nước rời tủ ở nhiệt độ có ích, năng lượng này có thể được thu hồi, tái sử dụng.
Khuôn viên triển khai tận dụng nhiệt thải để sưởi ấm các tòa nhà lân cận, biến phụ phẩm thành tài nguyên và giảm tổng phát thải của cơ sở.
Hiệu quả của vi mạch cũng rất quan trọng: kiến trúc Grace Hopper tối ưu cho hiệu năng trên watt cả ở mô phỏng lẫn AI, cho nhiều kết quả hơn với cùng mức năng lượng.
Trước khi triển khai toàn phần, một giá máy (rack) thí điểm dùng cùng công nghệ đã dẫn đầu bảng Green500 về hiệu quả; hệ thống hoàn chỉnh được đánh giá là hiệu quả nhất trong nhóm năm siêu máy tính nhanh nhất thế giới. Sự kết hợp hiếm có giữa tốc độ dẫn đầu và hiệu suất kỷ lục này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh mức tiêu thụ điện của các trung tâm dữ liệu ngày càng tăng.

Tóm lại, thiết kế của JUPITER trả lời thẳng thắn lo ngại môi trường: exascale rất mạnh, nhưng không đồng nghĩa lãng phí.

Vì sao quan trọng với kinh tế châu Âu

Khu vực công và tư đều coi JUPITER là một nền tảng vừa khoa học vừa kinh tế. Khi AI và mô phỏng tiên tiến đã trở nên thiết yếu từ công nghệ sinh học, ô tô đến tài chính và năng lượng, sở hữu năng lực exascale ngay tại châu Âu là một lợi thế cạnh tranh hữu hình:

Hạ thấp rào cản cho startup và doanh nghiệp vừa & nhỏ ở châu Âu trong việc huấn luyện mô hình AI tối tân, chạy mô phỏng quy mô lớn mà không phải xuất dữ liệu ra ngoài hay phụ thuộc nhà cung cấp ngoài EU.
Khái niệm JUPITER AI Factory hướng tới cung cấp quyền truy cập theo kiểu giống đám mây, rất cần cho doanh nghiệp cần các đợt bùng nổ tính toán lớn nhưng không sở hữu siêu máy tính riêng.
Khi sứ mệnh khoa học vì lợi ích công được kết nối với quyền truy cập của công nghiệp, châu Âu có thể chuyển hóa đột phá HPC thành sản phẩm nhanh hơn: vật liệu an toàn hơn, phương tiện nhẹ hơn, hệ thống năng lượng sạch hơn và tiến bộ y tế hữu hình.

Ngoài ra còn là yếu tố nhân lực. Hạ tầng như JUPITER thu hút và giữ chân kỹ sư, nhà toán học, nhà hóa học, nhà khoa học máy tính; tạo các tuyến đào tạo với đại học, tài trợ tiến sĩ gắn với bài toán thực tế và neo đậu các cụm đổi mới cấp vùng. Theo thời gian hình thành vòng lặp tích cực: công cụ tốt hơn thu hút người giỏi hơn; người giỏi hơn tạo ra công cụ tốt hơn.

Vì sao có thể hoàn thiện nhanh như vậy

Tiến độ triển khai nhanh là nhờ cách tiếp cận trung tâm dữ liệu mô-đun: các khối tiền chế công nghệ cao ghép lại như “lego” để tạo thành hạ tầng hoàn chỉnh. Cách này rút ngắn thời gian thi công, giảm gián đoạn tại chỗ và sẽ giúp mở rộng dễ dàng khi thế hệ chip tiếp theo xuất hiện. Khu vực đặt máy tích hợp phân phối điện, mạng và làm mát bằng chất lỏng trong bố cục ưu tiên khả năng bảo trì và độ sẵn sàng cao. Đây là mô hình châu Âu có thể tái sử dụng cho làn sóng siêu máy tính kế tiếp — đồng bộ hơn và ít rủi ro dự án hơn.

Truy cập, quản trị và quản lý dữ liệu

Một siêu máy tính quy mô này đặt ra câu hỏi ai được dùng và theo điều kiện nào. Lộ trình của JUPITER dự kiến phối hợp tải việc học thuật, vì lợi ích công và công nghiệp, phân bổ qua các lời mời đề xuất có phản biện, sáng kiến chiến lược và kênh thương mại. Quản trị minh bạch là thiết yếu: chính sách phân bổ rõ ràng; bảo mật — quyền riêng tư mạnh mẽ cho dữ liệu nhạy cảm; tuân thủ các nguyên tắc châu Âu về bảo vệ dữ liệu, an toàn và trách nhiệm giải trình trong AI. Với các “hàng rào an toàn” đó, JUPITER có thể mở rộng quyền truy cập mà không đánh đổi niềm tin.

Những thách thức cần dõi theo

Dù khởi đầu suôn sẻ, vẫn còn vài điểm cần chú ý:

Độ trưởng thành phần mềm. Hiệu năng đỉnh đòi hỏi mã nguồn được tối ưu cho GPU, bộ nhớ băng thông cao và liên kết phức tạp. Nhiều ứng dụng khoa học vẫn cần hiện đại hóa sâu.
Lịch chạy công bằng. Cân bằng giữa các dự án “đầu tàu” (như mô hình khí hậu ở độ phân giải cấp châu lục) và các đề xuất nhỏ nhưng giàu tiềm năng từ nhóm trẻ hoặc startup cần chính sách kỹ lưỡng và truyền thông rõ ràng.
Vòng đời và nâng cấp. Phần cứng exascale tiến hóa rất nhanh. Lập kế hoạch nâng cấp từng bước, hậu cần linh kiện và tương thích với bộ xử lý tương lai sẽ giữ hệ thống cạnh tranh.
Thị trường năng lượng. Dù rất hiệu quả, JUPITER vẫn tiêu thụ công suất đáng kể. Hợp đồng điện xanh dài hạn và đầu tư liên tục vào thu hồi nhiệt sẽ giúp kiểm soát chi phí và phát thải.

Bình minh mới của siêu tính toán châu Âu

JUPITER không chỉ là một “máy lớn hơn”; đó là nền tảng cho khám phá và sức cạnh tranh. Với giới khoa học, nó mở ra các mô phỏng độ phân giải cao hơn và khung thời gian dài hơn bao giờ hết — từ mô hình khí hậu giải quyết được dông bão đến các hệ thống phân tử tiệm cận độ phức tạp của sự sống. Với công nghiệp, nó cho phép chu kỳ sản phẩm nhanh hơn, thiết kế an toàn hơn và AI mạnh mẽ hơn, được huấn luyện trên ngôn ngữ và dữ liệu châu Âu. Với nhà hoạch định chính sách, đây là minh chứng rằng hợp tác toàn châu Âu có thể cung cấp hạ tầng ở rìa khả năng kỹ thuật đúng hạn và hiệu quả.

Cuộc đua exascale chưa dừng lại; các cỗ máy sẽ còn nhanh hơn, chuyên biệt hơn và hiệu quả hơn. Nhưng với JUPITER đã bật và đang làm việc, châu Âu đã bước một bước đi định hình — từ người tiêu dùng thành người kiến tạo sức mạnh tính toán tiên tiến nhất thế giới.