Quá khứ, hiện tại và tương lai của điện toán tùy chỉnh tại Google

Tháng Sáu 10, 2021
Nga Pham

Kể từ khi thành lập cách đây hơn 2 thập kỷ, Google đã thiết kế và xây dựng một số hệ thống máy tính lớn và hiệu quả nhất trên thế giới để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Chip tùy chỉnh (custom chips) là một cách để tăng hiệu suất và hiệu quả công việc khi Định luật Moore không còn cung cấp các cải tiến nhanh chóng cho người dùng nữa. Ngày nay, Google đang nỗ lực hơn nữa với hướng tiếp cận này.

Để đặt tầm nhìn tương lai vào một bối cảnh cụ thể, chúng ta cần một chút thời gian nhìn lại lịch sử. Vào năm 2015, Google đã giới thiệu Bộ xử lý Tensor (Tensor Processing Unit – TPU), hỗ trợ thực hiện các tác vụ phức tạp như tìm kiếm bằng giọng nói trong thời gian thực, nhận dạng đối tượng ảnh và dịch ngôn ngữ tương tác. Năm 2018, Google ra mắt các Đơn vị mã hóa video (Video Coding Units – VCUs) để phân phối video với nhiều định dạng, đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khác hàng, hỗ trợ giao tiếp nhanh chóng bằng video trong thời gian thực trên quy mô lớn và đem lại hiệu quả cao. Năm 2019, họ công bố OpenTitan – một dự án mã nguồn mở với mục tiêu cộng tác thiết kế chip bảo mật. Ngoài ra, Google còn phát triển các giải pháp phần cứng tùy chỉnh, từ SSD đến ổ cứng, thiết bị chuyển mạch mạng (network switches) và các card giao tiếp mạng (network interface cards) – thành quả từ sự cộng tác bền chặt với các đối tác bên ngoài.

Ngày nay, tương lai của cơ sở hạ tầng đám mây rất rộng mở và mọi thứ đang thay đổi nhanh chóng. Trong những nỗ lực tiếp theo của mình để đáp ứng nhu cầu điện toán từ khắp nơi trên thế giới, gần đây, Google đã bổ nhiệm Uri Frank trở thành Phó Giám đốc Kỹ thuật thiết kế chip máy chủ. Với gần 25 năm kinh nghiệm thiết kế và phân phối CPU tùy chỉnh, Uri sẽ giúp Google xây dựng một đội ngũ đẳng cấp thế giới tại Israel. Từ lâu, Google đã hướng đến Israel để tìm kiếm các công nghệ mới như Waze, Call Screen, dự báo lũ lụt, các tính năng tìm kiếm nâng cao và các công cụ chuyển đổi sang đám mây của Velostrata. Đồng thời, họ mong muốn gia tăng sự hiện diện trong trung tâm đổi mới toàn cầu này.

Điện toán là một mũi nhọn quan trọng ở Google. Đến nay, các bo mạch chủ đã luôn là điểm tích hợp của họ, nơi họ tổng hợp CPU, mạng, thiết bị lưu trữ, bộ tăng tốc tùy chỉnh, bộ nhớ đến từ nhiều nguồn khác nhau, kết hợp chúng thành một hệ thống được tosois ưu hóa. Tuy nhiên, cách làm này đã không còn đủ nữa. Để đạt được hiệu suất cao hơn và tiết kiệm nhiều năng lượng hơn, Google cần phải tích hợp khối lượng công việc của họ sâu hơn vào lớp phần cứng bên dưới.

Thay vì tích hợp các thành phần khác nhau trên bo mạch chủ – nơi chúng được phân rã bằng các dây diện, Google đang chuyển sang thiết kế Các hệ thống trên chip (Systems on Chip – SoC), bằng việc đặt nhiều chức năng cùng nằm trên một hoặc nhiều chip bên trong một gói (package). Nói cách khác, SoC trở thành bo mạch chủ mới.

Trên một SoC, độ trễ và băng thông giữa các thành phần khác nhau có thể được cải thiện, hoạt động với công suất cao hơn và giảm thiểu chi phí đáng kể. Cũng giống như trên bo mạch chủ, các đơn vị chức năng riêng lẻ (như CPU, TPU, chuyển mã video, mã hóa, nén, giao tiếp từ xa, bảo mật dữ liệu, …) đến từ các nguồn khác nhau. Google mua chúng và xây dựng những phần riêng của họ, hướng tới mục tiêu xây dựng hệ sinh thái mang lại lợi ích cho toàn ngành.

Cùng với hệ sinh thái toàn cầu của các đối tác, Google mong muốn tiếp tục đổi mới đổi mới cơ sở hạ tầng tính toán, mang đến thế hệ mới với những năng lực chưa từng có và tạo ra mảnh đất màu mỡ cho làn sóng tiếp theo của những ứng dụng và dịch vụ mà có lẽ giờ đây con người vẫn chưa thể tưởng tượng được.