Chương 417: Siêu máy tính

Anh ấy từng sử dụng phương pháp giảm chiều không gian thương thông qua khuôn khổ khoảng trống khối lượng Yang-Mills, về bản chất chính là cách biến hệ thống mạnh tương tác nhiều chiều thành hệ thống có thể giải được ở không gian thấp chiều hơn. Không gian cấu hình của trường chuẩn được chiếu xuống không gian thương của nhóm holonomy, sau khi loại bỏ những bậc tự do dư thừa, bài toán tương tác mạnh vốn phức tạp không thể giải được lại biến thành một bài toán tối ưu lồi đơn giản.

Không gian biến số trong thiết kế vật liệu và không gian cấu hình của trường chuẩn, xét về mặt cấu trúc toán học, có sự tương đồng sâu sắc. Chúng đều là những không gian nhiều chiều, đều tồn tại vô số bậc tự do dư thừa, nhiều tổ hợp thành phần khác nhau cuối cùng lại cho ra những đặc tính vĩ mô gần như nhau. Nếu có thể chuyển giao công cụ toán học này, loại bỏ hết những bậc tự do dư thừa trong không gian biến số nhiều chiều của thiết kế vật liệu, ánh xạ chúng vào một không gian thiết kế hiệu dụng thấp chiều hơn, rồi trực tiếp giải bài toán tối ưu lồi trên không gian ấy để tìm ra nghiệm tối ưu toàn cục, thì thiết kế ngược thực sự có thể trở thành hiện thực.

Về mặt logic, phương pháp này hoàn toàn khả thi. Nhưng nó cũng không dễ dàng đi đến đích ngay lập tức.

Bộ khung thiết kế ngược vật liệu hoàn toàn mới này, cốt lõi dựa vào việc giảm chiều không gian thương kết hợp với giải bài toán tối ưu lồi. Nhưng tiền đề cho toàn bộ hệ thống tính toán ấy, chính là việc phải xây dựng được không gian tham số trật tự vật liệu chính xác và đầy đủ.

Muốn hoàn thành bước này, buộc phải thu thập một khối lượng dữ liệu đo lường thực tế khổng lồ từ các vật liệu kim loại đã biết làm nền tảng. Dữ liệu về thành phần tham số của các hệ hợp kim khác nhau, đặc trưng vi cấu trúc, hay dữ liệu hiệu suất hoạt động trong những điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao thấp, ứng suất mạnh, oxy hóa ăn mòn… tất cả đều không thể thiếu.

Chỉ dựa vào khối lượng mẫu lớn, mới có thể trích xuất chính xác đặc trưng lõi của cấu trúc vật liệu đa thang, khớp được hình học không gian nhiều chiều, từ đó cung cấp nền tảng cho việc loại bỏ bậc tự do dư thừa trong không gian thương, ánh xạ giảm chiều không gian nhiều chiều.

Còn nếu mẫu quá ít, độ lệch trong việc khớp không gian sẽ càng lớn, và cuối cùng nghiệm tối ưu về công nghệ cũng như tổ hợp thành phần thu được sẽ hoàn toàn lệch khỏi phạm vi khả dụng trong thực tế.

Nhưng vấn đề cũng xuất hiện theo đó.

Bộ khung thiết kế vật liệu này bao gồm hàng trăm chiều biến số phi tuyến tính tương tác lẫn nhau. Mỗi lần lặp dữ liệu, mỗi lần hiệu chỉnh cấu trúc tô pô không gian, đều đi kèm với khối lượng tính toán ma trận khổng lồ, phân tách đặc trưng và khớp chiều.

Hơn nữa, khác với các mô phỏng truyền thống chỉ dựa trên một tham số đơn lẻ, đây là việc giải toàn miền cho toàn bộ hệ thống tương tác mạnh nhiều chiều. Cấp độ tính toán như vậy đã vượt xa giới hạn chịu tải của những máy chủ thông thường hay cụm máy tính.

Nguồn lực tính toán thông thường không chỉ chạy chậm như muối, không đủ sức hỗ trợ lặp hàng loạt khối mẫu khổng lồ, mà còn khó lòng xử lý nổi khối tải trọng tính toán khổng lồ từ việc chồng ma trận nhiều chiều. Ngay cả khi chạy hết công suất, để hoàn thành việc xây dựng không gian và tối ưu hóa một lần, cũng phải mất ít nhất vài năm. Nếu vậy, thì ý nghĩa của việc lặp đi lặp lại trong nghiên cứu khoa học cũng biến mất hoàn toàn.

Điều quan trọng hơn, siêu không gian nhiều chiều sẽ sản sinh ra khối lượng ma trận trung gian và dữ liệu lặp khổng lồ, độ phức tạp cao đến mức không thể tiến hành xem xét, hiệu chỉnh hay sửa chữa bằng tay được.

Nói cách khác, muốn triển khai bộ khung thiết kế ngược vật liệu này, buộc phải dựa vào nguồn lực siêu tính toán cấp cực cao, mới có thể hoàn thành việc xây dựng mô hình không gian nhiều chiều, huấn luyện mẫu và tìm nghiệm tối ưu toàn cục trong khoảng thời gian kiểm soát được.

Vì thế, anh ấy cần một siêu máy tính.

Mỗi khi nhắc đến siêu máy tính, cái tên Tiền Vệ Hoa lập tức hiện lên trong đầu anh ấy. Trước đây hai người từng trao đổi email về ứng dụng của lý thuyết nhóm và học tự giám sát trong lập lịch siêu máy tính. Tiền Vệ Hoa vốn rất quan tâm đến thuật toán phân tích ma trận thưa dựa trên lý thuyết nhóm của anh ấy, từng nói đùa trong email rằng nếu giáo sư Tiêu có ngày nào cần chạy siêu máy tính, nhất định phải tìm đến chúng tôi.

Lúc ấy Tiêu Túc không để tâm mấy đến câu nói ấy, giờ nghĩ lại, hóa ra đúng là lúc cần đến.

…

Sáng hôm sau, chiếc xe thương mại chạy dọc theo đường vành đai gần bốn mươi phút, cuối cùng dừng lại trước một khu công nghệ khoa học có diện tích đáng kinh ngạc.

Viện nghiên cứu sức mạnh tính toán quốc gia.

Khác hẳn với những nhà máy nặng nề màu xám của ngành hàng không vũ trụ, nơi đây là một quần thể kiến trúc tương lai chủ nghĩa được xây dựng bằng kính và thép.

Mặt ngoài những tòa nhà uốn lượn dưới ánh nắng tháng tám phản chiếu ánh sáng xanh xám dịu dàng. Giữa các tòa nhà được nối với nhau bằng những hành lang kính treo trên không. Nhìn từ trên cao, cả khu vực giống như một mạch điện khổng lồ, mỗi tòa nhà là một bộ xử lý lõi, những hành lang chính là bus dữ liệu kết nối chúng.

Lý do Tiêu Túc chọn nơi đây rất đơn giản, bởi dãy siêu máy tính Thiên Hà có khả năng tính toán hỗn hợp độ chính xác cao và xử lý ma trận thưa dẫn đầu thế giới, và đây cũng chính là hai phần tiêu tốn nhiều sức mạnh tính toán nhất trong khung giảm chiều không gian thương của anh ấy.

Trong lĩnh vực siêu máy tính quốc tế, Frontier của Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge hay Aurora của Argonne của Mỹ dù có đỉnh điểm tính toán dấu phẩy động cao, nhưng khả năng xử lý ma trận thưa luôn là điểm yếu. Siêu máy tính Fugaku của Nhật Bản dù có lợi thế về băng thông bộ nhớ, nhưng chiến lược lập lịch lại khá bảo thủ, hiệu suất giảm mạnh khi chạy những tác vụ tính toán đồ thị phi tiêu chuẩn.

Vì thế, anh ấy cần Thiên Hà.

Sông Ngân ngay từ đầu đã không chạy theo bảng xếp hạng Linpack đơn thuần, mà thay vào đó lại tiến xa hơn trong khả năng tương thích ứng dụng khoa học thực tế—điều này đối với khuôn khổ của anh ấy mới là quan trọng nhất.

Khi chiếc xe dừng hẳn, Tiền Vệ Hoa đã đứng sẵn ở cửa chờ sẵn.

Sau lưng ông là vài sinh viên và nghiên cứu viên, có người trẻ tuổi, có người kỹ sư già dặn từng trải.

Khi Tiêu Tú xuất hiện, tất cả mọi người đều không nói lời nào, cùng nhau khẽ nhón gót, ánh mắt vượt qua vai người phía trước nhìn về phía anh.

Tiền Vệ Hoa trong lòng thực sự hưng phấn hơn nhiều so với vẻ bề ngoài.

Lần trao đổi thư từ trước với Tiêu Tú tuy chỉ vỏn vẹn vài câu, nhưng thuật toán phân rã ma trận thưa dựa trên lý thuyết nhóm của anh ấy đã để lại ấn tượng sâu sắc trong lòng ông. Sau đó, ông cùng nhóm lập lịch thực hiện phiên bản đơn giản hóa thí nghiệm xác nhận, hiệu suất lập lịch tác vụ thẳng cất cánh gần bốn mươi phần trăm, ngay lúc đó cả nhóm lập lịch đều sững sờ.

Từ hôm đó, ông luôn mong chờ có thể gặp mặt Tiêu Tú lần nữa, và hôm nay cuối cùng cũng đợi được người đến.

Nhìn Tiêu Tú bước gần tới, ông nhanh chóng tiến lên, nắm chặt tay anh.

"Giáo sư Tiêu, chào mừng chào mừng!"

Giọng Tiền Vệ Hoa chứa đựng sự mong đợi không thể che giấu.

"Sau lần trao đổi thư từ trước, tôi luôn mong anh có thể đến trung tâm tính toán siêu cấp của chúng tôi xem qua. Thuật toán lập lịch anh nói trước đây chúng tôi đã xác nhận rồi, hiệu quả ngoài sức tưởng tượng luôn."

Tiêu Tú gật đầu, đối với hiệu quả thuật toán ông nói chẳng có gì ngạc nhiên.

"Thưa viện sĩ Tiền, lần này tôi đến là vì có dự án cần dùng siêu máy tính."

"Tất nhiên rồi, không vấn đề gì! Đi thôi, chúng ta vào trong nói chuyện."

Tiền Vệ Hoa làm động tác mời, vừa quay người dẫn đường đã bắt đầu tính toán trong đầu.

Những học giả cấp độ của Tiêu Tú chắc chắn sẽ không tự mình đến tận nơi chỉ để chạy một phép tính thông thường. Dự án khiến đối phương đích thân đến thăm lần này chắc chắn không hề nhẹ, lần này có lẽ lại có thể chứng kiến điều gì đó mới mẻ.

Cổ Lăng đi ở cuối đoàn, lén quan sát bóng lưng Tiêu Tú.

Cô vừa mới bảo vệ tiến sĩ năm nay, ở lại viện, nghiên cứu về tính toán đồ thị quy mô lớn. Trước đây cô từng nghe viện sĩ Tiền trong buổi nhóm không dưới một lần nhắc đến tên Tiêu Tú, mỗi lần nhắc đến, giọng ông đều mang theo một sự kính phục hiếm thấy. Sau đó cô lại nhiều lần nhìn thấy thành tích huy hoàng của thiên tài này trên tin tức, trong lòng đã tràn đầy tò mò về Tiêu Tú.

Giờ nhìn thấy tận mặt, cô chỉ có một suy nghĩ trong đầu: Người này trẻ quá đi thôi.