Hồi kết của định luật Moore và dấu hỏi về tương lai của máy tính

Tương lai của máy tính

Vào năm 1971, chiếc xe nhanh nhất thế giới là Ferrari Daytona, có thể chạy với tốc độ 280 km/h. Tòa nhà cao nhất thế giới là tòa tháp đôi New York với độ cao 415 m. Vào tháng 11 cùng năm, Intel cho ra mắt con chip vi xử lý thương mại đầu tiên mang tên 4004, chứa 2.300 transistor có kích cỡ chỉ bằng tế bào hồng cầu.

Kể từ đó, các con chip đã phá triển theo như tiên đoán của Gordon Moore, nhà đồng sáng lập của Intel. Theo định luật Moore, số lượng transistor có thể đặt trên mỗi con chip sẽ tăng gấp đôi mỗi năm và do đó làm tăng hiệu suất hoạt động và giảm chi phí sản xuất. Chip xử lý Skylake của Intel ngày nay chứa khoảng 1,75 tỷ transistor mà có thể nhét nửa triệu trong số này vào một transistor của chip 4004. Con chip mới cũng có tốc độ tính toán nhanh gấp 400.000 nghìn lần con chíp cũ.

Khó có thể liên tưởng sự tiến bộ này trong thế giới thực tại. Nếu ô tô và nhà chọc trời có thể phát triển ở tốc độ tương đương kể từ năm 1973, chiếc xe nhanh nhất thế giới có thể chạy với 1/10 tốc độ ánh sáng, còn tòa nhà cao nhất thế giới có thể cao bằng nửa quãng đường từ trái đất tới mặt trăng.

Ảnh hưởng của định luật Moore có thể thấy được ở mọi nơi trong cuộc sống. Ngày nay, 3 tỷ người mang điện thoại thông minh bên mình: mỗi chiếc đều có tính năng mạnh hơn siêu máy tính có kích cỡ một căn phòng của thập niên 1980. Vô số các ngành nghề đã được biến đổi bởi cuộc cách mạng kỹ thuật số. Sự tiến bộ của máy tính đã giúp giảm các vụ thử hạt nhân vì vũ khí nguyên tử có thể dễ dàng được thử nghiệm bằng các vụ nổ mô phỏng thay vì làm trên thực tế. Định luật Moore đã trở thành một điều hiển nhiên: mọi người trong hay ngoài Thung lũng Silicon đều kỳ vọng công nghệ sẽ trở nên tốt hơn mỗi năm.

Nhưng giờ đây, sau 5 thập kỷ, cái kết của định luật Moore đang đến gần. Làm transistor nhỏ hơn không còn đảm bảo chúng rẻ hơn và nhanh hơn nữa. Điều này không có nghĩa là tiến bộ trong lĩnh vực máy tính sẽ đột nhiên dừng lại, nhưng bản chất của tiến bộ đang thay đổi. Các con chip vẫn sẽ tốt hơn nhưng ở tốc độ chậm hơn (Intel cho biết tốc độ tính toán đang tăng gấp đôi sau mỗi 2,5 năm thay vì 1 năm trước). Và tương lai của máy tính sẽ được định nghĩa bởi tiến bộ ở ba lĩnh vực sau, bên ngoài tính năng phần cứng thuần túy.

Thứ nhất là phần mềm. Mới đây, AlphaGo, một chương trình chơi cờ vây của Google đã đánh bại Lee Sedol, một trong những kỳ thủ giỏi nhất của nhân loại trong hai ván liên tiếp ở Seoul. Các nhà khoa học máy tính đặc biệt quan tâm đến cờ vây vì sự phức tạp của trò chơi này: số nước đi trên bàn cờ có thể còn nhiều hơn số phân tử trong vũ trụ. Do đó, một chương trình chơi cờ vây không thể chỉ dựa vào tính năng phần cứng của định luật Moore để giành chiến thắng. Thay vào đó, AlphaGo dựa vào công nghệ “học sâu”, được mô phỏng phần nào theo cách não bộ con người hoạt động. Thành công của phần mềm này cho thấy những thuật toán mới có thể đem lại những tính năng vượt trội. Thực vậy, tốc độ tiến bộ chậm của phần cứng sẽ là động lực để phát triển các hần mềm ưu việt hơn.

Lĩnh vực thứ hai là “đám mây”, mạng lưới các trung tâm dữ liệu cung cấp dịch vụ trên Internet. Khi máy tính còn là một thiết bị độc lập, dù là máy tính cỡ lớn hoặc máy tính để bàn, tính năng của chúng hoàn toàn phụ thuộc vào tốc độ của các chip xử lý. Ngày nay, máy tính có thể đạt được tính năng mạnh hơn mà không cần thay đổi phần cứng. Chúng có thể dựa vào các nguồn tài nguyên khổng lồ và linh hoạt của đám mây khi làm các nhiệm vụ như tìm kiếm qua email hoặc tính toán đường đi trên bản đồ. Sự kết nối này đã làm tăng khả năng của máy tính: các tính năng của điện thoại thông minh như định vị vệ tiinh, cảm ứng chuyển động và thanh toán trực tuyến cũng quan trọng như tốc độ xử lý của phần cứng.

Lĩnh vực thứ ba nằm ở các kiến trúc máy tính mới, đặc biệt là các con chip được tối ưu hóa cho những nhiệm vụ cụ thể và các kỹ thuật mới sử dụng tính năng cơ lượng tử để tính toán nhiều tập dữ liệu cùng một lúc. Những công nghệ này không được phát triển theo cách mà các bộ vi xử lý phổ biến được cải thiện. Thay vào đó, các con chip đang được thiết kế riêng cho điện toán đám mây, xử lý mạng mạng nơ-ron, thị giác máy tính và các nhiệm vụ khác. Những phần cứng đặc thù này sẽ được nhúng vào đám mây để được sử dụng khi cần. Một lần nữa, điều này cho thấy tính năng phần cứng của thiết bị không còn quan trọng như trước nữa vì gánh nặng tính toán đã được chuyển sang nơi khác.

Tốc độ không phải là tất cả

Vậy thì điều này có ý nghĩa gì trên thực tế? Định luật Moore chưa bao giờ là một định luật vật lý mà giống như một lời tiên đoán hơn. Cái kết của định luật này sẽ làm cho tốc độ tiến bộ công nghệ khó đoán hơn. Sẽ có những khúc cua trên đường khi mà những công nghệ mới xuất hiện đột ngột và ít thường xuyên hơn. Nhưng vì đa số mọi người đánh giá thiết bị máy tính bằng số tính năng họ có thay vì tốc độ xử lý, người tiêu dùng sẽ cảm thấy tốc độ tiến bộ công nghệ vẫn nhanh như trước.

Đối với các doanh nghiệp, sự kết thúc của định luật Moore sẽ bị che mờ bởi điện toán đám mây. Các công ty đang nâng cấp máy tính ít thường xuyên hơn, và dừng vận hành máy chủ dùng cho email của riêng mình. Tuy nhiên, mô hình này dựa vào khả năng kêt nối mạng nhanh và ổn định. Điều này sẽ làm tăng nhu cầu cải thiện hạ tầng băng rộng. Những công ty có kết nối mạng kém sẽ hưởng lợi ít hơn do các tiến bộ điện toán đang diễn ra ngày càng nhiều ở các trung tâm dữ liệu đám mây.

Đối với bản thân ngành máy tính, sự suy giảm của định luật Moore đã củng cố lý do tập trung điện toán đám mây, hiện đang được thống trị bởi một số ít cái tên lớn: Amazon, Google, Microsoft, Alibaba, Baidu và Tencent. Các công ty này đang cố gắng tìm cách cải thiện hiệu suất của hạ tầng đám mây mình đang sở hữu. Và họ đang săn lùng các start-up trong lĩnh vực này: Google đã thâu tóm Deepmind, công ty đã tạo ra AlphaGo của Anh vào năm 2014.

Hơn 50 năm qua, kích thước ngày càng thu nhỏ của transistor đã làm máy tính trở nên rẻ và mạnh hơn. Khi mà định luật Moore suy yếu, tiến bộ trong lĩnh vực này sẽ không còn nhanh như trước nữa. Nhưng máy tính và các thiết bị khác sẽ tiếp tục trở nên mạnh hơn, chỉ là theo cách khác mà thôi.