Nhật Bản đang bắt đầu một hành trình đầy tham vọng để giành lại vị thế thống trị trong lĩnh vực điện toán hiệu suất cao với việc công bố FugakuNEXT , một siêu máy tính mang tính cách mạng hứa hẹn sẽ tạo ra những bước đột phá mới về cả sức mạnh tính toán và tích hợp trí tuệ nhân tạo. Dự án đột phá này đại diện cho một sự thay đổi đáng kể trong chiến lược siêu máy tính của Nhật Bản, đánh dấu lần đầu tiên quốc gia này sẽ tích hợp GPU làm thành phần trung tâm trong hệ thống hàng đầu của mình.
 |
|---|
| Minh họa sự phát triển của các siêu máy tính từ " K computer " đến " FugakuNEXT " và tác động của chúng đối với hiệu suất ứng dụng |
Quan hệ đối tác lịch sử giữa sự đổi mới của Nhật Bản và công nghệ Mỹ
Dự án FugakuNEXT , được công bố chính thức tại một lễ kỷ niệm ở Tokyo vào ngày 22 tháng 8, đã tập hợp ba nhà lãnh đạo lớn trong một sự hợp tác chưa từng có. RIKEN , viện nghiên cứu hàng đầu của Nhật Bản, đã hợp tác với gã khổng lồ công nghệ trong nước Fujitsu và nhà lãnh đạo GPU Mỹ Nvidia để tạo ra thứ có thể trở thành siêu máy tính zetta-scale đầu tiên trên thế giới. Quan hệ đối tác này đại diện cho một sự chuyển hướng chiến lược khỏi cách tiếp cận truyền thống của Nhật Bản là chỉ dựa vào công nghệ CPU trong nước, báo hiệu một kỷ nguyên mới của hợp tác quốc tế trong phát triển siêu máy tính.
Đối tác dự án và Công nghệ
- Viện nghiên cứu: RIKEN ( Japan )
- Phát triển CPU: Bộ vi xử lý Fujitsu MONAKA-X
- Công nghệ GPU: GPU Nvidia với kết nối NVLink Fusion
- Ngăn xếp phần mềm: Thư viện CUDA-X , TensorRT , NeMo
- Địa điểm: Cơ sở RIKEN Kobe , Port Island , Japan
Mục tiêu hiệu suất đầy tham vọng trong các ràng buộc năng lượng hiện có
Thông số kỹ thuật của FugakuNEXT thực sự phi thường. Hệ thống được thiết kế để cung cấp mức tăng hiệu suất phần cứng thô gấp năm lần so với người tiền nhiệm Fugaku , đồng thời đạt được sự cải thiện đáng kinh ngạc gấp một trăm lần về hiệu suất ứng dụng thực tế thông qua các tối ưu hóa phần mềm tiên tiến. Những tối ưu hóa này bao gồm điện toán độ chính xác hỗn hợp và mạng nơ-ron được thông tin vật lý, những công nghệ hứa hẹn sẽ cách mạng hóa cách thức thực hiện các phép tính khoa học. Có lẽ ấn tượng nhất là những mức tăng hiệu suất khổng lồ này sẽ được đạt được trong cùng một khung năng lượng 40 megawatt hiện đang cung cấp năng lượng cho Fugaku , thể hiện cam kết về hiệu quả năng lượng đặt ra những tiêu chuẩn mới cho siêu máy tính bền vững.
Thông số kỹ thuật hiệu suất chính
- Hiệu suất đỉnh: ~600 exaFLOPS (độ chính xác thưa FP8)
- Tăng hiệu suất phần cứng: Gấp 5 lần so với Fugaku
- Hiệu suất ứng dụng thực tế: Cải thiện gấp 100 lần so với các hệ thống hiện tại
- Tiêu thụ điện năng: 40 megawatt (tương đương Fugaku)
- Ngày vận hành dự kiến: ~2030
Kiến trúc cách mạng kết hợp công nghệ CPU và GPU
Trung tâm của FugakuNEXT là một kiến trúc lai kết hợp CPU MONAKA-X mới được phát triển của Fujitsu với công nghệ GPU tiên tiến của Nvidia . Việc tích hợp được tạo điều kiện bởi NVLink Fusion , một kết nối băng thông cao tạo ra giao tiếp liền mạch giữa các thành phần CPU và GPU. Cách tiếp cận kiến trúc này cho phép hệ thống vượt trội ở cả mô phỏng điện toán hiệu suất cao truyền thống và khối lượng công việc AI thế hệ tiếp theo, phản ánh sự hội tụ ngày càng tăng của hai mô hình điện toán này. Các dự báo ban đầu cho thấy hệ thống có thể đạt hiệu suất đỉnh khoảng 600 exaFLOPS ở độ chính xác thưa FP8, định vị nó như một ứng cử viên mạnh mẽ cho siêu máy tính zetta-scale đầu tiên trên thế giới.
Hệ sinh thái phần mềm toàn diện cho khoa học được điều khiển bởi AI
Ngoài các thông số phần cứng ấn tượng, FugakuNEXT sẽ có đầy đủ ngăn xếp phần mềm của Nvidia , biến nó thành một nền tảng AI-HPC tích hợp. Hệ thống sẽ bao gồm các thư viện CUDA-X cho mô phỏng lượng tử và khoa học dữ liệu, TensorRT cho tối ưu hóa suy luận, và NeMo cho đào tạo mô hình ngôn ngữ lớn. Hệ sinh thái phần mềm toàn diện này được thiết kế để hỗ trợ thứ mà RIKEN gọi là AI cho Khoa học, một cách tiếp cận tự động hóa các khía cạnh khác nhau của quy trình nghiên cứu từ tạo giả thuyết đến mô phỏng và xác thực thí nghiệm. Mục tiêu là tăng tốc khám phá khoa học trên các lĩnh vực đa dạng bao gồm mô hình hóa khí hậu, phát triển thuốc, khả năng phục hồi thảm họa và sản xuất tiên tiến.
 |
|---|
| Minh họa quy trình tối ưu hóa trong thiết kế ô tô thông qua các phương pháp tính toán tiên tiến và AI, liên quan đến hệ sinh thái phần mềm của FugakuNEXT |
Đầu tư chiến lược vào tương lai công nghệ của Nhật Bản
Cam kết tài chính đối với FugakuNEXT phản ánh tầm quan trọng chiến lược của nó đối với chủ quyền công nghệ của Nhật Bản. Với ngân sách phát triển vượt quá 110 tỷ yen Nhật (740 triệu đô la Mỹ), dự án này đại diện cho một trong những khoản đầu tư lớn nhất vào cơ sở hạ tầng siêu máy tính trong những năm gần đây. Chính phủ Nhật Bản xem sáng kiến này là cần thiết để tăng cường các công nghệ bán dẫn trong nước đồng thời định vị Nhật Bản như một nhà lãnh đạo toàn cầu trong đổi mới AI và HPC. Satoshi Matsuoka , giám đốc Trung tâm Khoa học Tính toán của RIKEN , mô tả quan hệ đối tác với Nvidia như một động thái chiến lược lớn sẽ tăng cường khả năng của Nhật Bản đồng thời thúc đẩy việc áp dụng toàn cầu các công nghệ CPU của Nhật Bản.
Ngân sách và Lịch trình
- Tổng ngân sách: Hơn 110 tỷ JPY (hơn 740 triệu USD)
- Hoàn thành thiết kế: Đầu năm tài chính 2026
- Triển khai hệ thống: Khoảng năm 2030
- Các hệ thống trước đó: Earth Simulator (2002), máy tính K (2011), Fugaku (2020)
Dòng thời gian và kỳ vọng tác động toàn cầu
FugakuNEXT được lên lịch đi vào hoạt động vào khoảng năm 2030 tại khuôn viên Kobe của RIKEN trên Đảo Port , tiếp tục truyền thống siêu máy tính hàng đầu của Nhật Bản bao gồm Earth Simulator (2002), máy tính K (2011), và hệ thống Fugaku hiện tại. Thiết kế cơ bản dự kiến sẽ được hoàn thành vào đầu năm tài chính 2026, với sự hợp tác quốc tế thúc đẩy phát triển chi tiết và đồng sáng tạo phần mềm. Các kế hoạch bao gồm thiết lập một hệ sinh thái đám mây truy cập mở nơi phần mềm, mô hình AI và ứng dụng có thể được triển khai và thử nghiệm trước khi thực hiện quy mô đầy đủ. Nếu thành công, FugakuNEXT có thể định nghĩa lại vai trò của các siêu máy tính quốc gia trong việc định hình cả nghiên cứu khoa học và tiến bộ xã hội, thiết lập các tiêu chuẩn mới cho việc tích hợp các công nghệ HPC và AI ở quy mô chưa từng có.