Siêu máy tính IBM bí mật thời Chiến tranh Lạnh: 'Cỗ máy giải mã' mạnh nhất hành tinh của NSA

Trong suốt 14 năm giữa đỉnh cao Chiến tranh Lạnh, một siêu máy tính vô cùng đặc biệt đã hoạt động thầm lặng mà cả thế giới không hề hay biết. Đó là Harvest (IBM 7950), cỗ máy xử lý mật mã chính của Cơ quan An ninh Quốc gia Mỹ (NSA), có khả năng chạy các tác vụ nhanh gấp 200 lần bất kỳ chiếc máy tính nào khác trên Trái Đất vào thời điểm đó. Được IBM thiết kế và chế tạo riêng cho NSA, Harvest không chỉ là một bước đột phá về tốc độ mà còn là kho tiền phong cho nhiều kiến trúc máy tính hiện đại.

Hai kỹ sư đứng trước các bảng điều khiển của siêu máy tính Harvest và Stretch tại trụ sở NSA

Kiến trúc 'một công việc, một cỗ máy' độc đáo

Harvest không phải là một hệ thống đa năng. Nó là sự kết hợp giữa chiếc máy tính lớn IBM 7030 (Stretch) nổi tiếng và một bộ xử lý cộng tác (coprocessor) chuyên dụng được thiết kế để phân tích luồng dữ liệu với tốc độ cực cao. Trong khi Stretch xử lý các phép toán khoa học thông thường, Harvest tập trung vào việc "tuôn" qua hàng tỷ ký tự dữ liệu liên tục, phục vụ cho việc giải mã, phân tích mật mã và tìm kiếm các mẫu thông tin tình báo nhạy cảm.

Điểm đặc biệt nằm ở kiến trúc đường ống (pipeline) xử lý theo luồng (streaming). Thay vì thực thi một chuỗi lệnh phức tạp, Harvest áp dụng một chuỗi các bước cố định lên từng cặp dữ liệu khi chúng đi qua. Cỗ máy này có thể truy cập bộ nhớ theo từng bit, cho phép xử lý các chuỗi dữ liệu có độ dài tùy ý mà không bị ràng buộc bởi ranh giới byte. Kiến trúc này được xem là tiền thân của các đơn vị xử lý đồ họa (GPU) hiện đại, vốn được sử dụng để tăng tốc các tác vụ AI và game.

'Tractor' và 'Alpha': Những bước đột phá đi trước thời đại

Bên cạnh khả năng xử lý, NSA còn cần một hệ thống lưu trữ có thể cung cấp dữ liệu "không ngừng nghỉ" cho Harvest. Điều này dẫn đến sự ra đời của Tractor (IBM 7955), thư viện băng từ tự động đầu tiên trên thế giới. Một cánh tay robot có thể truy xuất bất kỳ chiếc băng cassette nào trong số hàng trăm băng từ nặng tới 7kg, mỗi băng chứa khoảng 120 megabyte dữ liệu, và nạp vào đầu đọc chỉ trong 18 giây hoàn toàn tự động. Tổng dung lượng lưu trữ trực tuyến của Tractor lên tới 44 gigabyte, một con số khổng lồ vào năm 1962.

Để lập trình cho cỗ máy đặc biệt này, IBM và NSA đã cùng tạo ra ngôn ngữ lập trình Alpha (viết tắt của Advanced Language for Programming Harvest). Alpha cho phép các nhà phân tích mô tả chính xác các bài toán mật mã, đồng thời giới thiệu các khái niệm tiên phong như ký tự đại diện (wildcard) '?' và 'pad' — những thứ mà hệ điều hành Unix và Multics chỉ phổ biến nhiều năm sau đó.

Nghỉ hưu vì... hết linh kiện thay thế

Hoạt động liên tục từ năm 1962 (thời điểm khủng hoảng tên lửa Cuba) qua Chiến tranh Việt Nam cho đến năm 1976, Harvest đã trải qua 14 năm phục vụ trong bí mật. Một trong những nhiệm vụ được ghi nhận của nó là tìm kiếm 7.000 cụm từ mục tiêu trong 3,5 tỷ ký tự văn bản chỉ trong chưa đầy 4 giờ đồng hồ.

Cuối cùng, cỗ máy này phải ngừng hoạt động không phải vì lỗi thời về công nghệ, mà vì một linh kiện cơ khí chuyên dụng trong hệ thống băng từ Tractor đã bị mài mòn và nhà sản xuất linh kiện đó đã ngừng kinh doanh. NSA sau đó đã thay thế Harvest bằng siêu máy tính nổi tiếng Cray-1.

Mặc dù không có hậu duệ trực tiếp, những ý tưởng của Harvest vẫn tiếp tục sống trong nhiều công nghệ hiện đại: từ thư viện băng từ robot trong các trung tâm dữ liệu, kiến trúc tính toán luồng dữ liệu những năm 1980, cho đến các hệ thống kiểm tra gói tin (packet inspection) ngày nay.