Khi không nghĩ ra cách nào khác để tăng tốc độ bộ xử lý nên các nhà sản xuất chip đã cố đưa thêm thật nhiều nhân vào cùng một chip. Các kỹ sư tại Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia ở New Mexico đã thử dựng mô hình các máy tính tốc độ cao của tương lai với những bộ xử lý 8 nhân, 16 nhân, và 32 nhân mà các nhà sản xuất chip vẫn quảng cáo là tương lai của ngành công nghệ này. Nhưng kết quả thì không khả quan cho lắm. Do băng thông có hạn và mô hình quản lý bộ nhớ không phù hợp với siêu máy tính nên tốc độ của các máy tính này chẳng tăng chút nào, nếu không nói là giảm tương ứng với số lượng nhân. Tốc độ của các ứng dụng thông tin – sử dụng nhiều dữ liệu lại đặc biệt kém, trong khi chính những ứng dụng này lại là phần không thể thiếu đối với chức năng bảo vệ an ninh quốc gia của phòng thí nghiệm. 

Trước đây những tính toán tốc độ cao thường tập trung vào việc giải quyết những phương trình khác nhau như mô tả hệ thống vật lý, bầu khí quyển trái đất hay mô hình hoạt động của bom khinh khí. Bản thân các hệ thống này lại được chia ra làm các tấm lưới, để hệ thống vật lý có thể tới một mức độ nào đó, được đánh dấu lên vị trí vật lý của các bộ xử lý hoặc nhân xử lý, nhờ đó giảm thời gian trễ trong việc di chuyển dữ liệu. 

Chip càng có nhiều nhân thì một số chương trình [màu đỏ] càng chạy chậm, trừ khi băng thông bộ nhớ thật lớn [màu vàng].

Nhưng nhiều vấn đề khoa học kỹ thuật quan trọng – không kể đến những vấn đề an ninh quốc phòng – lại thuộc một dạng khác. Chúng nằm trong nhóm vấn đề an ninh và bao gồm cả việc tính toán xem điều gì sẽ xảy ra với một mạng lưới giao thông trong khi thảm họa tự nhiên đang xảy ra, hoặc tìm kiếm những mô hình giúp dự đoán cách tấn công của những kẻ khủng bố hoặc phát triển vũ khí hạt nhân. Các phép tính này thường đòi hỏi phải xử lý một lượng thông tin khổng lồ. 

Trong tin học, nhiều nhân không có nghĩa là hiệu suất làm việc tốt hơn [xem biểu đồ]. Theo James Perry, Giám đốc tin học, thông tin và toán học tại Sandia thì “Sau khi đạt tới 8 nhân, tốc độ sẽ không tăng nữa. Và 16 nhân thì cũng tương đương với 2 nhân.” Trong suốt một năm qua, nhóm nghiên cứu ở Sandia đã thảo luận rộng rãi các kết quả thu được với những nhà sản xuất chip, hãng cung cấp siêu máy tính và người dùng máy tính tốc độ cao. Peery và những người khác cho rằng những lập trình viên siêu máy tính nên tắt bớt những nhân thừa hoặc dùng chúng vào một việc khác liên quan đến công việc chính, trừ khi các kiến trúc sư máy tính tìm ra được một giải pháp hoàn toàn khác.

Mấu chốt của vấn đề nằm ở cái gọi là bức tường bộ nhớ -- tức sự chênh lệch ngày càng tăng giữa tốc độ xử lý dữ liệu của CPU với tốc độ nạp dữ liệu cần thiết. Tuy số lượng nhân ngày càng tăng nhưng số lượng kết nối từ chip tới phần còn lại của máy tính thì không. Vì thế việc giữ cho tất cả các nhân đều được cung cấp đầy dữ liệu là cả một vấn đề. Trong các ứng dụng tin học tình hình còn tồi tệ hơn, bởi theo Richard C. Murphy, thành viên nhóm kỹ thuật tại Sandia thì không hề có mối liên hệ vật lý nào giữa cái mà bộ xử lý cần để hoạt động với nơi chứa tập dữ liệu tiếp theo nó cần. Và thay vì nằm trong cache của nhân bên cạnh, tập dữ liệu này lại nằm trên chip DRAM trong một cái giá cách xa 20m, vì thế chúng cần rời khỏi chip, đi ra một hoặc nhiều Router, vượt ra sợi quang rồi mới đến được bộ xử lý.   

Trong nỗ lực nhằm kiểm soát được tình hình, năm nay Bộ Năng lượng Mỹ đã thành lập Viện Cấu trúc và Thuật toán cao cấp. Nằm ở Sandia và Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge ở Tennessee, viện này có nhiệm vụ tìm ra thứ mà cấu trúc máy tính tốc độ cao cần có trong vòng 10 năm tới và giúp hướng thị trường theo hướng đó. 

“Chìa khóa để giải quyết vấn đề này chính là sự kết hợp chặt chẽ hơn, và có thể cả thông minh hơn, giữa bộ nhớ và bộ xử lý,” Peery nói. Về phần mình, Sandia đang nghiên cứu tác động của việc chồng chip lên bộ xử lý để tăng băng thông. 

Và kết quả thì rất hứa hẹn, ít nhất là theo nghiên cứu này. 

TƯƠNG LAI: chip thí nghiệm của Intel có 80 nhân