Bước vào một nhà kho được cải tạo tại Trung tâm Vật liệu Composite Quốc gia Bristol và bạn sẽ thấy 150 tấn phần cứng máy tính tiên tiến đang hoạt động êm ả sau những tủ làm mát bằng chất lỏng: Isambard-AI, siêu máy tính trí tuệ nhân tạo mạnh nhất của Vương quốc Anh. Tất nhiên, các tiêu đề báo chí ca ngợi hiệu năng AI 21 exaflops của nó, nhưng điều họ bỏ lỡ là: những thách thức hạ tầng phi thường mà đội ngũ đã vượt qua để đưa dự án 225 triệu bảng Anh này vào hoạt động chỉ trong 24 tháng. Năm năm trước? Đó là một mốc thời gian bất khả thi.
Việc triển khai 5.448 NVIDIA Grace Hopper Superchip của Isambard-AI cho thấy một bước phát triển quan trọng. Thành công trong điện toán AI hiện tại phụ thuộc vào nhiều thứ hơn là chỉ mua GPU. Bạn cần thành thạo hệ sinh thái phức tạp của nguồn điện, làm mát, mạng lưới và logistics mà hạ tầng AI hiện đại đòi hỏi. Các tổ chức có kế hoạch triển khai GPU quy mô lớn cần hiểu rõ hơn những thách thức này và chuyên môn chuyên biệt cần thiết để vượt qua chúng.
Khi 5 megawatt gặp 150 tấn silicon
Quy mô của Isambard-AI phá vỡ tư duy trung tâm dữ liệu truyền thống. Mỗi tủ HPE Cray EX4000 trong số 12 tủ của hệ thống chứa 440 GPU, tạo ra mật độ nhiệt có thể làm tan chảy các hệ thống thông thường. Làm mát bằng không khí truyền thống gặp khó khăn khi vượt quá 20kW mỗi rack. Isambard-AI? Hơn 400kW mỗi tủ. Giải pháp là làm mát trực tiếp bằng chất lỏng 100%, nhưng việc triển khai nó đòi hỏi những kỹ năng hoàn toàn mới.
"Điều chúng ta đang thấy với các triển khai như Isambard-AI là một sự thay đổi căn bản về chuyên môn trung tâm dữ liệu," bức tranh triển khai hạ tầng cho thấy. Các công ty từng tập trung vào các hoạt động rack-and-stack truyền thống giờ cần các kỹ sư hiểu về động lực học làm mát bằng chất lỏng, quản lý cáp mật độ cao, và cách vận hành hàng nghìn GPU đồng thời. Đội ngũ của Đại học Bristol đã làm việc với các đối tác triển khai chuyên biệt để lắp đặt hơn 40.000 kết nối cáp quang. Đó là đủ cáp để bao quanh một thành phố nhỏ. Và họ phải duy trì độ chính xác cần thiết cho các kết nối NVLink thế hệ 5 của hệ thống hoạt động ở tốc độ 1.8TB/s.
Điều thú vị là: dự án đã từ ký hợp đồng đến trạng thái hoạt động trong vòng chưa đầy bốn tháng. Làm sao? Các công ty triển khai hạ tầng GPU chuyên biệt giờ có thể huy động hàng trăm kỹ thuật viên có kỹ năng trong vòng 72 giờ. Đây không phải là các nhà thầu IT truyền thống. Họ là những đội ngũ chuyên biệt hiểu rõ thông số mô-men xoắn cụ thể cho kết nối làm mát bằng chất lỏng và trình tự tối ưu để đưa hàng nghìn GPU vào hoạt động mà không làm quá tải hệ thống điện.
Sự phức tạp ẩn giấu của hạ tầng AI-first
Các siêu máy tính truyền thống được cải tạo cho khối lượng công việc AI. Isambard-AI được thiết kế từ đầu cho các ứng dụng trí tuệ nhân tạo. Cách tiếp cận AI-first của họ đã ảnh hưởng đến mọi quyết định hạ tầng. Đội ngũ đã chọn thiết kế trung tâm dữ liệu modular của HPE và lắp ráp tại chỗ chỉ trong 48 giờ. Họ chọn nguồn điện không carbon phù hợp với thứ hạng hiệu quả năng lượng thứ 4 toàn cầu của hệ thống.
Chỉ riêng hạ tầng mạng đã đại diện cho một kỳ công phối hợp kỹ thuật khổng lồ. Mạng HPE Slingshot 11 của hệ thống cung cấp băng thông hai chiều 25.6 Tb/s trên 64 cổng, với mỗi node nhận băng thông tiêm mạng 800 Gbps. Việc lắp đặt và xác nhận mạng lưới kết nối phức tạp này đòi hỏi chuyên môn chuyên biệt về mạng hiệu năng cao vượt xa các triển khai doanh nghiệp thông thường. Các chuyên gia hạ tầng GPU hiện đại cần hiểu cả tầng vật lý VÀ cách các topo kết nối khác nhau ảnh hưởng đến hiệu năng khối lượng công việc AI.
Cấp điện tạo ra những thách thức riêng biệt. Trong khi tổng công suất cơ sở 5MW của Isambard-AI có thể có vẻ khiêm tốn so với các trung tâm dữ liệu siêu quy mô, mật độ và tính quan trọng của việc cấp điện này đã tạo ra những yêu cầu riêng biệt. Mỗi Grace Hopper Superchip đòi hỏi cấp điện chính xác. Với 5.448 chip hoạt động đồng bộ, ngay cả những biến động nhỏ cũng có thể gây bất ổn hệ thống. Đội ngũ triển khai đã triển khai các hệ thống quản lý điện tinh vi với khả năng giám sát thời gian thực có thể phát hiện và phản ứng với bất thường trong vòng mili giây.
Học hỏi từ cuộc đua hạ tầng AI châu Âu
Việc triển khai Isambard-AI diễn ra trong khi các quốc gia châu Âu cạnh tranh gay gắt để giành ưu thế AI. Hệ thống LUMI của Phần Lan cung cấp 380 petaflops sức mạnh điện toán truyền thống. Siêu máy tính Jupiter sắp tới của Đức hứa hẹn là hệ thống exascale đầu tiên của châu Âu. Tuy nhiên Isambard-AI đạt trạng thái hoạt động nhanh hơn bất kỳ đối thủ châu Âu nào. Nó chuyển từ đề xuất ban đầu đến hoạt động hoàn chỉnh trong vòng chưa đầy hai năm. So sánh với mốc thời gian thông thường 4-5 năm cho các hệ thống tương tự.
Lợi thế tốc độ này một phần đến từ quy trình mua sắm được sắp xếp hợp lý của Vương quốc Anh sau Brexit. Nhưng quan trọng hơn, nó bắt nguồn từ sự tiến hóa của phương pháp triển khai GPU. Các cài đặt siêu máy tính truyền thống tuân theo các giai đoạn tuần tự: hạ tầng, rồi phần cứng, rồi mạng lưới, rồi phần mềm. Các triển khai GPU hiện đại tận dụng quy trình làm việc song song. Các đội ngũ chuyên biệt làm việc đồng thời trên lắp đặt làm mát bằng chất lỏng, vận hành GPU, và cấu hình mạng, giảm đáng kể thời gian triển khai.
Sự tương phản với các triển khai châu Âu khác mang đến những bài học quý giá. MareNostrum 5 của Tây Ban Nha, dù có thông số ấn tượng, đã đòi hỏi cải tạo rộng rãi các cơ sở hiện có. Hệ thống Leonardo của Ý gặp chậm trễ trong việc tích hợp khả năng tăng tốc AI. Thành công của Isambard-AI chứng minh rằng hạ tầng AI được xây dựng riêng biệt, được triển khai bởi các đội ngũ có chuyên môn GPU cụ thể, có thể đạt được thời gian đưa vào khoa học nhanh hơn so với các hệ thống HPC được cải tạo.
Khoảng trống chuyên môn đe dọa tham vọng AI
Các tổ chức trên toàn thế giới đua nhau triển khai hạ tầng AI, nhưng một khoảng trống kỹ năng quan trọng đã xuất hiện. Các kỹ thuật viên trung tâm dữ liệu truyền thống, dù có kinh nghiệm, thường thiếu kiến thức chuyên biệt cần thiết cho các triển khai GPU hiện đại. Hệ thống làm mát bằng chất lỏng đòi hỏi hiểu biết về động lực học chất lưu và quản lý nhiệt. Cấu hình GPU mật độ cao đòi hỏi chuyên môn về cấp điện và tối ưu hóa luồng không khí vượt xa các triển khai máy chủ thông thường.
Khoảng trống chuyên môn này tác động mạnh nhất trong một số lĩnh vực. Quản lý cáp cho các cụm GPU đã trở thành một lĩnh vực chuyên biệt. Hàng nghìn kết nối tốc độ cao của Isambard-AI đòi hỏi định tuyến chính xác để duy trì tính toàn vẹn tín hiệu đồng thời cho phép truy cập bảo trì. Các kỹ thuật viên điện và làm mát cần hiểu không chỉ các yêu cầu trạng thái ổn định mà còn hành vi động của khối lượng công việc AI có thể chuyển từ nhàn rỗi sang công suất đầy đủ trong vòng mili giây.
Các công ty như introl.com đã xuất hiện để lấp đầy khoảng trống này, phát triển các đội ngũ chuyên biệt kết hợp kỹ năng trung tâm dữ liệu truyền thống với chuyên môn cụ thể về GPU. Các triển khai hệ thống vượt quá 1.000 node GPU của họ chứng minh quy mô mà thế hệ chuyên gia hạ tầng mới này hoạt động. Khả năng huy động 40 kỹ thuật viên trong vòng một tuần, như đã thấy trong các triển khai nhà cung cấp GPU cloud lớn gần đây, đại diện cho một khả năng hoạt động mới không tồn tại trong ngành trung tâm dữ liệu truyền thống.
Vượt ra ngoài triển khai: duy trì sự xuất sắc hạ tầng AI
Những thách thức không kết thúc khi GPU cuối cùng được bật. Duy trì một hệ thống như Isambard-AI đòi hỏi tối ưu hóa liên tục và quản lý chủ động. Đội ngũ của Đại học Bristol đã triển khai các hệ thống giám sát tinh vi theo dõi mọi thứ từ các mẫu sử dụng GPU đến tỷ lệ dòng chảy chất làm mát. Với không gian địa chỉ bộ nhớ thống nhất 850GB mỗi node của hệ thống, ngay cả những không hiệu quả nhỏ cũng có thể tác động đáng kể đến năng suất nghiên cứu.
Hạ tầng GPU hiện đại đòi hỏi cách tiếp cận DevOps đối với hệ thống vật lý. Cập nhật firmware phải được phối hợp cẩn thận trên hàng nghìn thiết bị bởi các đội ngũ kỹ thuật. Hệ thống làm mát đòi hỏi bảo trì dự đoán dựa trên các mẫu sử dụng và điều kiện môi trường. Cấu hình mạng cần điều chỉnh liên tục để tối ưu hóa cho các mẫu khối lượng công việc phát triển. Sự phức tạp hoạt động này thúc đẩy sự phát triển của các mô hình dịch vụ chuyên biệt nơi các đối tác hạ tầng cung cấp tối ưu hóa liên tục thay vì triển khai một lần.
Những tác động kinh tế tác động mạnh. Mỗi Grace Hopper Superchip đại diện cho một khoản đầu tư vốn đáng kể. Thời gian nhàn rỗi tác động trực tiếp đến lợi tức đầu tư. Các tổ chức triển khai cụm GPU lớn ngày càng dựa vào các đối tác có thể cung cấp không chỉ lắp đặt mà còn dịch vụ tối ưu hóa liên tục. Khả năng duy trì tỷ lệ sử dụng 95%+, như mục tiêu của các triển khai hạ tầng AI hàng đầu, đòi hỏi sự chú ý liên tục đến lập lịch khối lượng công việc, phân bổ tài nguyên và sức khỏe hệ thống.
Vạch ra tương lai hạ tầng AI
Việc triển khai thành công Isambard-AI mang đến những bài học quan trọng cho các tổ chức lên kế hoạch cho các sáng kiến hạ tầng AI riêng của họ. Thứ nhất, thời đại coi GPU như các thành phần máy chủ đơn giản đã kết thúc. Các hệ thống AI hiện đại đòi hỏi tư duy toàn diện về điện, làm mát, mạng lưới và hoạt động từ giai đoạn lập kế hoạch sớm nhất. Thứ hai, các mốc thời gian nén được Isambard-AI đạt được (từ ý tưởng đến hoạt động trong vòng chưa đầy hai năm) đang trở thành tiêu chuẩn mới, nhưng chỉ dành cho các tổ chức hợp tác với các đội ngũ triển khai chuyên biệt.
Nhìn về tương lai, những thách thức hạ tầng sẽ chỉ ngày càng tăng cường. Kiến trúc Blackwell của NVIDIA hứa hẹn mật độ công suất cao hơn nữa, với một số cấu hình vượt quá 1.000W mỗi GPU. Làm mát bằng chất lỏng sẽ chuyển từ một tùy chọn nâng cao thành một điều kiện tuyệt đối cần thiết. Yêu cầu băng thông mạng sẽ tiếp tục tăng theo cấp số nhân khi kích thước mô hình đẩy hướng về 10 nghìn tỷ tham số. Các tổ chức thiếu quyền truy cập vào chuyên môn hạ tầng GPU chuyên biệt sẽ thấy mình ngày càng không thể cạnh tranh trong cuộc cách mạng AI.
Đầu tư của Vương quốc Anh vào Isambard-AI đại diện cho nhiều thứ hơn là chỉ một thành tựu kỹ thuật. Đó là một bản thiết kế cho cách các quốc gia và tổ chức có thể nhanh chóng triển khai hạ tầng AI đẳng cấp thế giới. Bằng cách kết hợp cơ sở được xây dựng riêng biệt, quy trình mua sắm được sắp xếp hợp lý, và quan hệ đối tác với các đội ngũ triển khai chuyên biệt, dự án chứng minh rằng những thách thức hạ tầng của thời đại AI, tuy đáng gờm, nhưng hoàn toàn có thể vượt qua. Đối với những ai sẵn sàng đầu tư vào chuyên môn và quan hệ đối tác phù hợp, con đường từ tham vọng đến siêu điện toán AI hoạt động chưa bao giờ trực tiếp hơn.
Các trường đại học, doanh nghiệp và chính phủ trên toàn thế giới cân nhắc các khoản đầu tư hạ tầng AI riêng của họ. Isambard-AI đứng như bằng chứng rằng với cách tiếp cận đúng và các đối tác phù hợp, ngay cả những triển khai GPU tham vọng nhất cũng có thể chuyển từ đề xuất sang sản xuất với tốc độ của sự đổi mới. Câu hỏi không còn là có nên xây dựng hạ tầng AI hay không, mà là liệu bạn có quyền truy cập vào chuyên môn chuyên biệt cần thiết để thực hiện đúng cách hay không.
Tài liệu tham khảo
Alliance Chemical. "AI GPU Cooling Revolution: Deionized Water, Ethylene Glycol & Propylene." Alliance Chemical. Accessed August 1, 2025. https://alliancechemical.com/blogs/articles/ai-gpu-cooling-revolution-deionized-water-ethylene-glycol-propylene-glycol-the-ultimate-liquid-cooling-guide.
Computer Weekly. "Bristol goes live with UK AI supercomputer." Computer Weekly, 2025. https://www.computerweekly.com/news/366584173/Bristol-goes-live-with-UK-AI-supercomputer.
Computer Weekly. "UK government pledges £225m to fund University of Bristol AI supercomputer build with HPE." Computer Weekly, November 2023. https://www.computerweekly.com/news/366558036/UK-government-pledges-225m-to-fund-University-of-Bristol-AI-supercomputer-build-with-HPE.
Data Center Knowledge. "Direct-to-Chip Liquid Cooling: Optimizing Data Center Efficiency." Data Center Knowledge. Accessed August 1, 2025. https://www.datacenterknowledge.com/cooling/direct-to-chip-liquid-cooling-optimizing-data-center-efficiency.
EuroHPC Joint Undertaking. "Inauguration of MareNostrum 5: Europe welcomes a new world-class supercomputer." December 21, 2023. https://www.eurohpc-ju.europa.eu/inauguration-marenostrum-5-europe-welcomes-new-world-class-supercomputer-2023-12-21_en.
EuroHPC Joint Undertaking. "MareNostrum5: a new EuroHPC world-class supercomputer in Spain." June 16, 2022. https://eurohpc-ju.europa.eu/marenostrum5-new-eurohpc-world-class-supercomputer-spain-2022-06-16_en.
Forschungszentrum Jülich. "JUPITER Technical Overview." Accessed August 1, 2025. https://www.fz-juelich.de/en/ias/jsc/jupiter/tech.
GOV.UK. "Sovereign AI AIRR launch opportunity: call for researchers." Accessed August 1, 2025. https://www.gov.uk/government/publications/sovereign-ai-airr-launch-opportunity-call-for-researchers/sovereign-ai-airr-launch-opportunity-call-for-researchers.
Hewlett-Packard Enterprise. "UK Government invests £225m to create UK's most powerful AI supercomputer with University of Bristol and Hewlett Packard Enterprise." Press release, November 2023. https://www.hpe.com/us/en/newsroom/press-release/2023/11/uk-government-invests-225m-to-create-uks-most-powerful-ai-supercomputer-with-university-of-bristol-and-hewlett-packard-enterprise.html.
HPCwire. "University of Bristol to Host Isambard-AI Supercomputer, Marking a New Era in AI and HPC." HPCwire. Accessed August 1, 2025. https://www.hpcwire.com/off-the-wire/university-of-bristol-to-host-isambard-ai-supercomputer-marking-a-new-era-in-ai-and-hpc/.
Hyperstack. "All About the NVIDIA Blackwell GPUs: Architecture, Features, Chip Specs." Accessed August 1, 2025. https://www.hyperstack.cloud/blog/thought-leadership/everything-you-need-to-know-about-the-nvidia-blackwell-gpus.
IBM. "Introl Solutions, LLC." IBM PartnerPlus Directory. Accessed August 1, 2025. https://www.ibm.com/partnerplus/directory/company/9695.
Introl. "GPU Infrastructure Deployments | Optimize Your GPU Deployments." Accessed August 1, 2025. https://introl.com/gpu-infrastructure-deployments.
Introl. "Introl - GPU Infrastructure & Data Center Deployment Experts." Accessed August 1, 2025. https://introl.com.
Introl. "Introl | GPU Infrastructure, Data Center Solutions & HPC Deployment." Accessed August 1, 2025. https://introl.com/blog.
IT Pro. "Inside Isambard-AI: The UK's most powerful supercomputer." IT Pro. Accessed August 1, 2025. https://www.itpro.com/infrastructure/inside-isambard-ai-the-uks-most-powerful-supercomputer.
IT4Innovations. "LUMI." Accessed August 1, 2025. https://www.it4i.cz/en/infrastructure/lumi.
Jetcool. "What is Direct Liquid Cooling for AI Data Centers?" Accessed August 1, 2025. https://jetcool.com/post/what-is-direct-liquid-cooling-for-ai-data-centers/.
NVIDIA. "NVLink & NVSwitch for Advanced Multi-GPU Communication." Accessed August 1, 2025. https://www.nvidia.com/en-us/data-center/nvlink/.
NVIDIA. "The Engine Behind AI Factories | NVIDIA Blackwell Architecture." Accessed August 1, 2025. https://www.nvidia.com/en-us/data-center/technologies/blackwell-architecture/.
NVIDIA Blog. "NVIDIA Blackwell Platform Boosts Water Efficiency by Over 300x." Accessed August 1, 2025. https://blogs.nvidia.com/blog/blackwell-platform-water-efficiency-liquid-cooling-data-centers-ai-factories/.
ResearchGate. "Isambard-AI: a leadership class supercomputer optimised specifically for Artificial Intelligence." October 2024. https://www.researchgate.net/publication/384938455_Isambard-AI_a_leadership_class_supercomputer_optimised_specifically_for_Artificial_Intelligence.
SDxCentral. "UK's $300M Isambard-AI supercomputer officially launches." SDxCentral. Accessed August 1, 2025. https://www.sdxcentral.com/news/uks-300m-isambard-ai-supercomputer-officially-launches/.
TechTarget. "Liquid cooling's moment comes courtesy of AI." TechTarget. Accessed August 1, 2025. https://www.techtarget.com/searchdatacenter/feature/Liquid-coolings-moment-comes-courtesy-of-AI.
The Engineer. "Isambard AI supercomputer launches in Bristol." The Engineer. Accessed August 1, 2025. https://www.theengineer.co.uk/content/news/isambard-ai-supercomputer-launches-in-bristol/.
UK Research and Innovation. "£300 million to launch first phase of new AI Research Resource." Accessed August 1, 2025. https://www.ukri.org/news/300-million-to-launch-first-phase-of-new-ai-research-resource/.
University of Bristol. "2023: Isambard AI Bristol." Cabot Institute for the Environment. Accessed August 1, 2025. https://www.bristol.ac.uk/cabot/news/2023/isambard-ai-bristol.html.
University of Bristol. "July: UK's most powerful supercomputer launches in Bristol." News and features, July 2025. https://www.bristol.ac.uk/news/2025/july/isambard-launch.html.
University of Bristol. "November: Unprecedented £225m investment to create UK's most powerful supercomputer." News and features, November 2023. https://www.bristol.ac.uk/news/2023/november/supercomputer-announcement.html.
Wikipedia. "Blackwell (microarchitecture)." Accessed August 1, 2025. https://en.wikipedia.org/wiki/Blackwell_(microarchitecture).
Wikipedia. "LUMI." Accessed August 1, 2025. https://en.wikipedia.org/wiki/LUMI.
"Isambard-AI: a leadership class supercomputer optimised specifically for Artificial Intelligence." arXiv preprint arXiv:2410.11199 (2024). http://arxiv.org/pdf/2410.11199.
