Câu chuyện về chiếc siêu máy tính được tạo ra từ những chiếc máy PlayStation 3

Trong một thùng container đặt tại khuôn viên trường Đại học Massachusetts Dartmouth là hàng chục chiếc máy PlayStation 3 đang hoạt động hết công suất. Những chiếc PS3 này không phải để phục vụ nhu cầu giải trí của sinh viên sau những giờ học căng thẳng, mà để thực hiện một nhiệm vụ lớn lao hơn nhiều: thực hiện các phép tính phức tạp liên quan đến vật lý thiên văn.

Đến đây, ắt hẳn bạn sẽ nghĩ rằng một chiếc máy chơi game giờ đã có thể coi là lỗi thời như PS3 làm sao có đủ sức mạnh để làm được những phép tính khổng lồ như thế?

Đúng, với chỉ một chiếc máy chơi game, bạn sẽ không bao giờ có thể làm được điều này. Nhưng khi hàng chục, thậm chí hàng trăm chiếc PS3 cùng kết nối với nhau thành một hệ thống lớn, thì đó lại là một câu chuyện khác.

Tuy khó tin, nhưng những chiếc máy chơi game này thực sự đã từng được các nhà nghiên cứu sử dụng để làm những việc không tưởng như nghiên cứu tính chất vật lý của hố đen vũ trụ, xử lý hình ảnh chụp từ những chiếc máy bay không người lái, cũng như chiến thắng hàng loạt các cuộc thi về mã hóa.

Đã có thời, một trong những chiếc siêu máy tính mạnh mẽ nhất thế giới lại được tạo ra từ máy chơi game.

Quay ngược thời gian cách đây gần 20 năm, các nhà nghiên cứu khi ấy đã nghĩ đến chuyện tận dụng sức mạnh của những con chip đồ họa nhằm tăng khả năng tính toán cho máy tính. Những con chip này đủ mạnh để xử lý những tác vụ đồ họa nặng nề, vậy nên chắc chắn chúng cũng có thể thực hiện những phép tính khổng lồ.

Vấn đề tiếp theo là tìm cách để kết nối chúng trở thành một hệ thống chung, từ đó tăng hiệu suất hoạt động của cả cụm máy theo cấp số nhân. Điều này đúng không chỉ với máy tính, mà cả với những chiếc máy chơi game nữa. Tuy nhiên khi ấy, mọi chuyện vẫn chỉ dừng lại ở ý tưởng, bời các nhà nghiên cứu vẫn chưa có được công cụ để hiện thực hóa ý tưởng này.

Năm 2002 đánh dấu bước tiến đầu tiên của những chiếc máy chơi game vào thế giới của những chiếc siêu máy tính, khi mà Sony ra mắt bộ công cụ Linux cho những chiếc PS2 của mình. Bộ công cụ này cho phép người dùng cài hệ điều hành dựa trên nền tảng Linux vào những chiếc PS2, từ đó biến chúng thành máy tính cá nhân.

"Động thái này của Sony mở ra con đường biến ý tưởng của chúng tôi thành hiện thực," nhà nghiên cứu Craig Steffen cho biết. "Họ đã cung cấp công cụ cho chúng tôi, giờ chúng tôi chỉ cần tạo ra những dòng code để cho hệ thống có thể hoạt động."

Khi ấy, Steffen mới bắt đầu tham gia vào một dự án với ý tưởng biến một cụm hàng chục chiếc PS2 thành một siêu máy tính, thông qua việc kết nối bộ vi xử lý Emotion Engine trong máy thành một cụm CPU với sức mạnh vượt trội. Nhóm dự án kết nối khoảng 60 chiếc PS2 với nhau, rồi sau đó lập trình một thư viện mã nguồn cho toàn bộ hệ thống.

"Cụm siêu máy tính này chạy được, nhưng chúng hoạt động không tốt lắm." Steffen kể lại. Hệ thống của ông và các đồng sự gặp phải một vài lỗi mà họ không tài nào khắc phục nổi, bởi vấn đề đến từ bộ nhớ của những chiếc máy PS2.

"Cứ mỗi lần sử dụng chiếc siêu máy tính này, phần kernel sẽ rơi vào trạng thái không ổn định và buộc bạn phải khởi động lại toàn bộ hệ thống."

Thế là dự án này nhanh chóng phá sản bởi dàn máy hoàn toàn không có tính ứng dụng thực tế. Nhưng cho dù vậy, đến giờ Craig Steffen vẫn giữ chiếc PS2 của dự án đặt tại một góc bàn làm việc và coi đó như kỷ niệm của thời tuổi trẻ.

Tuy nhiên, thất bại này chưa phải là dấu chấm hết cho hành trình vào thế giới siêu máy tính của những chiếc PlayStation. Tháng 11 năm 2006, Sony ra mắt chiếc máy chơi game đời mới nhất mang tên PlayStation 3 với cấu hình mạnh mẽ cùng tiềm năng khổng lồ trong ngành công nghiệp game.

Thế nhưng khi ấy giới game thủ - đối tượng khách hàng chính của Sony - cảm thấy chiếc PS3 còn quá nhiều điểm bất cập: giá thành thì đắt đỏ trong khi lại có quá ít game. Còn các nhà nghiên cứu, họ lại nhìn thấy cơ hội về một chiếc siêu máy tính mạnh mẽ gấp bội.

Nhà nghiên cứu hố đen vũ trụ Gaurav Khanna kể lại sự hình thành của chiếc siêu máy tính PlayStation 3 khi ấy:

"Thực hiện các giả lập để nghiên cứu về hố đen vũ trụ lúc bấy giờ không được các nhà đầu tư quan tâm đến cho lắm, bởi tính ứng dụng thực tiễn của những dự án như vậy không cao."

Thế nên ngân sách hoạt động cho dự án của Khanna hết sức có hạn, và nó là vấn đề làm điên đầu cả nhóm nghiên cứu của ông. Thế rồi trong một buổi họp dự án để tìm ra phương hướng hoạt động cho tương lai, một đồng sự của Khanna nhắc đến bộ vi xử lý Cell của chiếc PS3 do IBM sản xuất.

Và rồi họ nhận ra những con chip tương tự như vậy cũng được dùng trong những chiếc siêu máy tính thời bấy giờ.

"Chúng tôi cảm thấy hứng thú với chiếc máy chơi game này, bởi nó có tiềm năng để được sử dụng cho mục đích nghiên cứu khoa học."

Nhóm nghiên cứu bắt đầu đặt mua những chiếc PS3 về và miệt mài nghiên cứu để biến chúng thành một hệ thống siêu máy tính. Mất khoảng vài tháng để họ có thể xây dựng thư viện mã nguồn cho toàn bộ hệ thống, rồi dọn dẹp, tối ưu, và sửa lỗi.

Khanna cùng các đồng sự của mình khởi đầu với 8 chiếc PS3, và đến khi chiếc 'siêu máy tính' của họ hoàn thành, nó đã trở thành một hệ thống đồ sộ với tổng cộng 176 chiếc máy chơi game.

Và không ngoài dự đoán, hệ thống này cho phép Khanna thực hiện các mô hình tính toán khổng lồ liên quan đến hố đen vũ trụ, trong khi chi phí để tạo ra nó chỉ bằng một phần rất nhỏ so với một chiếc siêu máy tính bình thường tại thời điểm đó.

Bên cạnh Gaurav Khanna còn có rất nhiều người khác cũng có chung ý tưởng "tận dụng sức mạnh của chiếc PS3 để xây dựng một hệ thống siêu máy tính".

Năm 2007, một nhóm nghiên cứu tại Bắc Carolina cũng đã tạo ra chiếc siêu máy tính PS3 của riêng mình. Năm 2009, kỹ sư máy tính Mark Barnell tại phòng thí nghiệm Không quân Hoa Kỳ tại New York cũng bắt tay vào một dự án tương tự mang tên Condor Cluster.

Tuy nhiên, đó cũng là năm mà Sony thực hiện hàng loạt thay đổi trên chiếc PS3 của mình. Tháng 9 năm 2009, phiên bản PS3 Slim ra mắt với những cải tiến về bộ nhớ, tản nhiệt và hiệu năng - nhưng lại mất đi khả năng chạy hệ điều hành Linux.

Sau đó ít lâu, một lỗ hổng bảo mật đã khiến Sony tiếp tục tung ra một bản cập nhật firmware gỡ bỏ OpenOS (hệ điều hành cho phép người dùng chạy Linux) khỏi tất cả những chiếc PS3 phiên bản cũ vào tháng 3 năm 2010.

Lúc ấy, tìm mua được những chiếc PS3 đạt yêu cầu đã khó, chứ đừng nói đến chuyện mua chúng với số lượng cực lớn cho dự án tham vọng này.

Cuối cùng, Barnell và đồng sự phải nhờ tới danh tiếng của Không quân Hoa Kỳ để thuyết phục Sony bán lại những chiếc PS3 cũ chưa được update firmware cho dự án, thay vì thu hồi chúng về để cập nhật tại trụ sở Sony.

Cũng phải mất rất nhiều cuộc họp để hai bên có thể đi đến thỏa thuận chung, và thế là dự án siêu máy tính Condor Cluster chính thức ra mắt vào năm 2010. Siêu máy tính này được tạo thành từ hơn 1700 chiếc PS3, dùng tổng cộng khoảng 8km dây nối, và đứng thứ 35 về sức mạnh trong bảng xếp hạng siêu máy tính thời bấy giờ.

Nhiệm vụ chính của Condor Cluster là xử lý hình ảnh được cung cấp bởi những chiếc máy bay giám sát không người lái. Chi phí cho dự án này rơi vào khoảng 2 triệu USD, nghe thì có vẻ lớn nhưng thực ra chỉ bằng 1/10 chi phí để sản xuất một chiếc siêu máy tính có sức mạnh tương đương theo phương pháp thông thường.

Không chỉ vậy, hệ thống này còn tiết kiệm điện năng gấp 10 lần so với những chiếc siêu máy tính khác.

Thế nhưng thời hoàng kim của chiếc siêu máy tính PS3 không kéo dài lâu. Thời gian trôi qua, công nghệ ngày một phát triển, những chiếc siêu máy tính cũng ngày càng mạnh mẽ trong khi kích thước của chúng lại ngày càng nhỏ đi. Trong khi đó, những chiếc máy chơi game cũng ngày càng được đơn giản hóa và tối ưu hơn cho công dụng chơi game.

Chiếc PlayStation 4, tuy mạnh mẽ hơn PS3 gấp bội và là một sản phẩm hết sức thành công trong thị trường máy chơi game, nhưng trong mắt các nhà khoa học thì nó là một cỗ máy hoàn toàn vô dụng.

Giống như PS3 Slim, PS4 cũng có tiềm năng để trở thành hệ thống siêu máy tính, bởi nó thiếu sót quá nhiều thứ. "Trong mắt giới khoa học chúng tôi, chiếc PS4 chẳng có gì đặc sắc cả," Khanna chia sẻ.

Và thế là kỷ nguyên của những chiếc siêu máy tính PlayStation cũng kết thúc từ đó.

Dự án Condor Cluster của Không quân Hoa Kỳ vẫn tiếp tục hoạt động cho đến năm 2015, khi chiếc máy này chính thức trở nên lỗi thời và bị những chiếc siêu máy tính thế hệ sau vượt mặt. Sau khi dự án kết thúc, một số máy PS3 trong hệ thống đã được đem tặng cho các nhóm nghiên cứu máy tính, số còn lại được bán đi.

Trong số các khách hàng của dự án, đáng chú ý nhất chính là đoàn sản xuất bộ phim truyền hình "Person of Interest". Họ đã mua lại vài trăm chiếc PS3 để dùng chúng làm đạo cụ cho một chiếc siêu máy tính PS3, xuất hiện trong tập 1 mùa 5 của bộ phim này.

"Những gì diễn ra trong phim hoàn toàn là hư cấu, nhưng chuyện dùng PS3 làm siêu máy tính là có thật, và dàn máy xuất hiện trên phim là của chúng tôi," Mark Barnell chia sẻ.

Còn chiếc thùng container chứa một phần của hệ thống siêu máy tính PS3 đặt tại trường Đại học Massachusetts Dartmouth giờ đây đã trở thành một điểm tham quan độc đáo mà ngôi trường này dùng để tiếp đón các tân sinh viên của mình.

Bên cạnh đó, dàn máy cũng trở thành bằng chứng về một thời kỳ lịch sử huy hoàng và có phần hơi kỳ lạ của những chiếc PS3, không phải để chơi game, mà để phục vụ cho nghiên cứu khoa học.