Cơ sở hạ tầng CNTT được xây dựng trên một chiếc tăm: Nút thắt cổ chai vô hình

Tác giả: Hội Biên Hành Tăng

Bạn đã bao giờ nghĩ đến việc bài viết bạn đang lướt ngay lúc này đã đi qua bao nhiêu lớp công nghệ?

Hệ điều hành điện thoại, lõi trình duyệt, động cơ JavaScript, WebAssembly, CDN, DNS, máy chủ đám mây, lõi Linux, thư viện chạy C, bộ lệnh CPU, wafer bán dẫn… cuối cùng đều kết thúc trên một mảnh silicon đang tiêu thụ điện năng.

Mỗi lớp nghe đều vững chắc như đá. Mỗi lớp đều có whitepaper, có chứng nhận và được các công ty lớn hậu thuẫn.

Nhưng khi xếp chúng chồng lên nhau, bạn sẽ có được một hình ảnh khiến người ta lo lắng—một tòa tháp Babel đang chao đảo, và cái cột mỏng manh đáng cười màu đỏ chính là nền tảng duy nhất đỡ toàn bộ cấu trúc.

Its name is: Von Neumann bottleneck.

Trong khi đó, bạn đứng trên đỉnh tháp, đang cầm điện thoại và cảm thấy mọi thứ đều bình thường.

John von Neumann, cha đẻ của máy tính hiện đại. Kiến trúc von Neumann là thiết kế nền tảng của hầu hết các máy tính hiện đại. CPU chịu trách nhiệm tính toán, bộ nhớ chịu trách nhiệm lưu trữ, và hai thành phần này trao đổi dữ liệu thông qua một bus duy nhất. Thiết kế này đã được sử dụng từ năm 1945 đến nay, vượt qua các thời kỳ máy lớn, PC, internet và di động, và hiện đang hỗ trợ trí tuệ nhân tạo.

Nhưng nó có hai khuyết điểm bẩm sinh: 1) CPU ngày càng xử lý nhanh hơn, trong khi bộ nhớ và bus không theo kịp. Việc di chuyển dữ liệu trở thành giới hạn của toàn bộ hệ thống—CPU phần lớn thời gian không phải để tính toán mà đang chờ dữ liệu. 2) Hiệu suất cao của CPU phụ thuộc rất nhiều vào dung lượng bộ nhớ đệm, nhưng bộ nhớ đệm có giới hạn vật lý tự nhiên, không thể mở rộng ngang như bộ nhớ. Dưới sự thúc đẩy của các ngôn ngữ lập trình cấp cao hiện đại nhấn mạnh vào tính dễ đọc của con người, các chương trình ngày càng cồng kềnh và dữ liệu phi đồng nhất ngày càng phức tạp đã vượt quá giới hạn dung lượng bộ nhớ đệm, do đó làm tăng tần suất và lưu lượng di chuyển dữ liệu giữa bộ nhớ và CPU, khiến máy tính chạy ngày càng chậm, giật lag và dễ bị sập hệ thống. Đó chính là "nút thắt von Neumann".

Thú vị thay, điểm nghẽn này lại là vấn đề cơ bản nhất, cốt lõi nhất và không thể tránh khỏi trong toàn bộ ngành công nghiệp CNTT, nhưng cũng là vấn đề ít được quan tâm nhất.

Tại sao? Vì giải quyết nó quá khó và không dễ kiếm tiền.

Các công ty lớn thích tích lũy thêm nhiều lớp hơn—GPU nhanh hơn, bộ nhớ đồ họa lớn hơn, các cấp bộ nhớ đệm phức tạp hơn, các thuật toán lập lịch thông minh hơn. Mỗi lớp đều có thể đưa vào PowerPoint, mỗi lớp đều có thể bán được tiền, mỗi lớp đều đang tìm cách tránh xa cột đỏ đó, thay vì đối mặt trực tiếp với vấn đề và giải quyết nó.

Giống như một tòa nhà liên tục được xây thêm tầng trên, những vết nứt ở nền móng lại bị che phủ bằng những lớp giấy dán tường ngày càng dày.

Bạn hỏi những người sống bên trong có an toàn không? Họ sẽ nói: Hãy yên tâm, chúng tôi vừa thay khóa cửa thông minh mới nhất và mua bảo hiểm thiên tai đắt nhất.

Xem hình này, bạn sẽ nhận thấy một hiện tượng thú vị: mỗi lớp khi tách riêng ra đều trông giống như những khối được thiết kế tỉ mỉ.

Hệ điều hành có kiến trúc lõi chặt chẽ. Bộ nhớ HBM băng thông cao có quy trình xếp chồng tinh vi. CPU và GPU có thiết kế tinh vi với hàng tỷ transistor. Nhà máy sản xuất bán dẫn là vương miện của ngành công nghiệp nhân loại.

Linux và Apache Foundation duy trì cơ sở hạ tầng mã nguồn mở đáng tin cậy nhất thế giới. LibcURL được hầu hết các chương trình cần kết nối mạng gọi đến. Hệ thống DNS giúp internet toàn cầu tìm thấy nhau. Các nhà cung cấp điện toán đám mây cam kết độ sẵn sàng 99,99%.

Mỗi khối đều vuông vắn, mỗi khối đều có bài báo khoa học, tiêu chuẩn và kiểm toán.

Nhưng nếu xếp chúng chồng lên nhau từ dưới lên trên, cảnh tượng sẽ thay đổi.

Đây mới là sự thật về cơ sở hạ tầng số hiện đại: không phải là một tổng thể được thiết kế cẩn thận, mà là một kỳ tích được tạo nên từ vô số giải pháp tạm thời xếp chồng lên nhau.

Nó hoạt động không phải vì được thiết kế tốt, mà vì có quá nhiều người đã vá đủ nhiều lỗi vào những đêm khuya.

Bạn nghĩ mình đang đứng trong một tòa nhà cao tầng. Thực ra, bạn đang đứng trên một đống khối xây dựng được vá lại.

Xem cánh tay cơ khí nhô ra từ phía bên trong hình ảnh, được ghi chú là "AI trí tuệ nhân tạo".

Nó không hỗ trợ tòa tháp này, mà đóng vai trò như đòn bẩy thúc đẩy sự sụp đổ của các cơ sở giống như những khối xếp chồng.

Đây là sự châm biếm chính xác nhất đối với làn sóng AI hiện nay.

Mọi người đều nói AI là cuộc cách mạng năng suất, là thời đại tiếp theo, là viên đạn bạc cứu vãn mọi thứ. Nhưng từ góc độ hạ tầng, điều đầu tiên AI làm là đẩy hệ thống vốn đã lung lay vào bờ vực nguy hiểm hơn.

Tại sao? Vì 1) AI là cỗ máy tiêu thụ năng lượng khổng lồ. Việc huấn luyện một mô hình lớn tiêu tốn lượng điện tương đương với lượng điện mà một thành phố nhỏ sử dụng trong một năm. Việc triển khai suy luận đòi hỏi hàng loạt GPU, mà nền tảng cơ bản của GPU vẫn chạy trên kiến trúc von Neumann—cột màu đỏ đó đang chịu áp lực lớn hơn bao giờ hết. 2) Áp lực mà việc truy vấn dữ liệu bạo lực của người dùng AI gây ra cho cơ sở hạ tầng dữ liệu cao hơn hàng vạn lần so với người dùng con người, và các giải pháp vòng lặp được ca ngợi hiện nay chỉ càng làm tăng tần suất các tác vụ AI trong việc truy vấn và tính toán dữ liệu theo cấp số nhân.

Điều đáng讽刺 hơn là đầu ra của AI.

Một lượng lớn mã do AI tạo ra đã được gửi vào các dự án mã nguồn mở, chất lượng không đồng đều và đầy lỗ hổng. Một lượng lớn nội dung do AI tạo ra tràn ngập internet, kết quả tìm kiếm bị ngập trong thông tin rác. Một lượng lớn “giải pháp” do AI tạo ra được đóng gói thành sản phẩm bán cho khách hàng, nhưng khi xảy ra sự cố mới phát hiện nền tảng bên dưới chỉ là ảo tưởng.

AI đã không sửa chữa cột đỏ đó, nó chỉ xây thêm một lớp lên đỉnh tháp, rồi nói với tất cả mọi người: Xem này, chúng ta cao hơn rồi.

Liệu có sụp đổ hay không? Đó là vấn đề của quý tới.

Có một câu đùa nói rất hay: Loài người đã mất 70 năm để phát triển máy tính từ "tính nhanh" thành "có thể nói nhảm", rồi gọi đó là tiến bộ.

Ở phía bên phải của hình, một chú chim giận dữ đang lao vào thân tháp. Ghi chú bên cạnh là: Những gì "đại gia" đang làm.

So sánh này khắt khe, nhưng chính xác.

Các công ty lớn cứ sau một khoảng thời gian lại ra mắt một sản phẩm, khung mới hoặc tiêu chuẩn mới mang tính "cách mạng". Sự kiện ra mắt quy mô lớn, slide PPT tuyệt đẹp, các KOL đồng thanh khen ngợi.

But these products often do not repair or strengthen existing industrial structures; instead, they undermine them.

Khi một khung mới ra đời, hệ sinh thái của khung cũ sẽ chết. Khi một tiêu chuẩn mới ra đời, tất cả các thiết bị tương thích với tiêu chuẩn cũ đều trở thành “sản phẩm lỗi thời”. Các công ty lớn không hề không biết việc này có chi phí. Nhưng đối với họ, chi phí phá vỡ hệ sinh thái do các nhà phát triển và người dùng gánh chịu, trong khi sự tăng trưởng và định giá mang lại từ sản phẩm mới lại thuộc về họ.

Ở phía bên trái của biểu đồ, một nhà phát triển độc lập Rust đang bay lên trên tên lửa, với chú thích ghi: "Nhà phát triển độc lập RUST đang làm việc của họ".

Đây là một sự mỉa mai khác.

Các nhà phát triển độc lập là nhóm năng động nhất trong hệ sinh thái CNTT. Họ không bị ràng buộc bởi KPI của các tập đoàn lớn, có thể thử nghiệm nhanh chóng và tạo ra những ứng dụng chất lượng cao mà các tập đoàn lớn không thể làm được.

Nhưng sản phẩm của các nhà phát triển độc lập cũng có mặt khác

Rối rắm. Cùng một tính năng, có mười nhà phát triển độc lập tạo ra mười phiên bản, mỗi phiên bản khác nhau, mỗi phiên bản có triết lý thiết kế riêng và chỉ được duy trì cho đến khi tác giả mất hứng thú.

- Không có tổ chức. Không có tiêu chuẩn thống nhất, không cam kết tương thích, không có lộ trình nâng cấp. Hôm nay vẫn dùng được, ngày mai tác giả có thể xóa luôn kho dữ liệu.

- Không nghiêm túc. Nhiều dự án độc lập không được kiểm thử, không có tài liệu, không có kiểm toán bảo mật. Tác giả nghĩ "chạy được là được", sau đó dự án này bị hàng vạn dự án khác phụ thuộc.

Từng vấn đề riêng lẻ đều không lớn, nhưng khi tích lũy lại, chúng trở thành một dạng phá hoại khác đối với thị trường. Người dùng phải lựa chọn giữa vô số sản phẩm chưa hoàn thiện, còn các nhà phát triển phải đối mặt với vô số khung công tác đã bị bỏ rơi, chi phí tin tưởng của toàn bộ hệ sinh thái ngày càng tăng cao.

Những nhà phát triển độc lập thực sự xuất sắc, giống như nhà phát triển Rust trong hình đang bay lên tên lửa — họ đang làm công việc của mình, làm rất tốt, nhưng không liên quan gì đến tòa tháp đang lung lay này.

The tower won't become more stable because of them, and they won't stop because of the tower.

Mỗi người bận việc của mình, mỗi người sụp đổ của mình.

Hãy cùng xem toàn bộ biểu đồ này từ đầu đến cuối.

Ở tầng dưới cùng là một khối vuông lớn màu xám, ghi "Điện năng (tính toán, nước, năng lượng... etc.)". Đây là điểm khởi đầu của mọi thứ—không có điện, thì không có tính toán. Nhưng trong câu chuyện của ngành công nghệ thông tin, điện năng lại là tầng bị bỏ qua nhiều nhất. Mọi người thảo luận về điện toán đám mây nguyên sinh, về vi dịch vụ, về mô hình lớn, nhưng hiếm ai bàn đến: những thứ này tiêu thụ điện từ đâu? Phải trả bao nhiêu tiền? Và ảnh hưởng đến môi trường ra sao?

Trên nền tảng điện năng là bốn viên đá nền tảng: hệ điều hành, bộ nhớ băng thông rộng (HBM), CPU/GPU và nhà máy bán dẫn. Đây là lớp phần cứng, là phần thực sự "vuông vức". Mỗi viên đều đại diện cho trình độ cao nhất của công nghiệp nhân loại. Nhưng hãy lưu ý, chúng là bốn tảng đá riêng biệt, không phải một khối nền tảng liền mạch—sự kết nối giữa chúng bản thân đã chứa những khe hở.

Ở phía trên là một tấm ván dài lắc lư, ghi chú “Mảng động dành cho nhà phát triển C”. Tấm ván này nằm trên bốn nền tảng, bản thân đã không ổn định. Ngay chính giữa nó, một cột màu đỏ mảnh mai chịu toàn bộ trọng lượng phía trên—nút thắt Von Neumann. Toàn bộ trọng lượng của thế giới CNTT cuối cùng đều dồn lên cột này.

Ở trên cao hơn, phong cách bắt đầu mất kiểm soát. Một dự án C99 dựa trên hành vi không xác định đang đảm nhận chức năng then chốt. Dưới JVM, cơ sở dữ liệu quan hệ bị gạch chéo. Một cánh tay cơ khí伸出 từ phía bên, ghi nhãn "AI trí tuệ nhân tạo", đang đẩy tháp.

Tiếp tục đi lên, là V8 engine, left-pad, an ninh mạng, WebAssembly—đây là các lớp Web. Bên cạnh là những chữ lớn ghi: "Web developer tự phá hoại bản thân" và "Những điều kỳ lạ đang xảy ra trong Web".

Ở đỉnh cao nhất, một hình người nhỏ đại diện cho người dùng đứng trên đỉnh tòa tháp chênh vênh, bên cạnh ghi dòng chữ "Bạn đang ở đây". Khi phóng to, hình người nhỏ này đang cầm điện thoại—anh ta đang sử dụng tòa tháp này, và tòa tháp có thể sụp đổ bất cứ lúc nào.

Bên trái tòa tháp, một nhà phát triển độc lập Rust đang bay lên trên tên lửa để đi làm việc riêng của mình. Bên phải tòa tháp, một chú chim giận dữ (tập đoàn lớn) đang lao vào thân tháp. Phía trên tòa tháp, một đám mây đơn độc trôi nổi, ghi dòng chữ "Máy chủ đám mây tuân thủ quy định" — nó không có bất kỳ kết nối nào với tòa tháp, giống như chỉ là một khái niệm.

Toàn bộ hình ảnh không có một câu nào thừa. Mỗi ghi chú đều là một mũi kim, đâm vào những nơi mà ngành công nghệ thông tin không muốn bị chạm tới.

Nó không đang tiên đoán điều gì. Nó đang mô tả hiện tại.

Đến đây, có thể có người sẽ nói: Bạn quá bi quan, ngành công nghệ thông tin chẳng phải đang hoạt động rất tốt sao?

Vâng, nó đang hoạt động.

Nhưng “đang hoạt động” và “ổn định” là hai chuyện khác nhau. Một người có thể đi bộ không có nghĩa là xương của họ không có vết nứt. Một cây cầu có thể cho xe đi qua không có nghĩa là tải trọng của nó không vượt quá giới hạn.

Điều đáng sợ trong ngành công nghiệp IT là mỗi lớp đều đang được cải tiến nhanh chóng, nhưng những vấn đề ở tầng cơ bản nhất chưa bao giờ được giải quyết thực sự. Nút thắt von Neumann vẫn còn, các công ty lớn vẫn đang phá dỡ tòa nhà, AI vẫn đang tạo ra rác, và các nhà phát triển độc lập vẫn đang hoạt động riêng lẻ.

Mọi người đều đang xây dựng lên cao, không ai chịu nhìn xuống một lần.

Bởi vì khi nhìn xuống, bạn sẽ thấy nền tảng chỉ là một chiếc tăm. Và tăm, cuối cùng cũng sẽ có ngày không chịu nổi.

Có lẽ chỉ đến ngày đó, khi chúng ta đứng trên đỉnh tháp, giơ điện thoại lên, mới lần đầu tiên đặt ra câu hỏi: Nền móng của tòa nhà này thực sự được xây dựng như thế nào?