Khi bước vào bất kỳ phòng thí nghiệm khoa học nào, bạn có thể dễ dàng nhận thấy các máy tính để bàn và laptop đều đang chạy hệ điều hành Linux. Sự hiện diện mạnh mẽ này của Linux trong môi trường nghiên cứu và học thuật không phải là ngẫu nhiên mà xuất phát từ nhiều lý do cốt lõi, biến nó trở thành công cụ không thể thiếu đối với các nhà khoa học trên toàn thế giới. Từ triết lý mã nguồn mở, lịch sử phát triển sâu rộng, chi phí hiệu quả cho đến khả năng tùy biến mạnh mẽ và sự thống trị trong lĩnh vực siêu máy tính, Linux đã củng cố vững chắc vị thế của mình như một nền tảng ưu việt cho công việc khoa học.
Khoa Học Đề Cao Mã Nguồn Mở
Thế giới khoa học luôn đề cao sự hợp tác và chia sẻ kiến thức. Không khó để tìm thấy các bài báo khoa học có nhiều tác giả, thể hiện sự cộng tác xuyên biên giới. Các nhà khoa học tự hào về tinh thần sẵn sàng chia sẻ thông tin, cả với nhau và với cộng đồng rộng lớn hơn. Có một phong trào mạnh mẽ ủng hộ các tạp chí truy cập mở (Open Access Journal), khác biệt hoàn toàn với các nhà xuất bản lớn như Elsevier, vốn tính phí rất cao để độc giả tiếp cận các nghiên cứu khoa học.
Chính tinh thần này đã khiến Linux tìm thấy “ngôi nhà” của mình trong giới khoa học. Có rất nhiều công cụ mạnh mẽ dành cho các nhà nghiên cứu để thực hiện các phép tính phức tạp. GNU Octave là một giải pháp thay thế hoàn hảo cho MATLAB. Các trình biên dịch cho Fortran, C và C++ – những ngôn ngữ lập trình “cây đa cây đề” trong tính toán khoa học – đều có sẵn. Trong khi đó, R và Python đang cách mạng hóa lĩnh vực tính toán thống kê và thúc đẩy sự phát triển của khoa học dữ liệu. Ngoài ra, Jupyter notebooks cũng rất phổ biến trong mọi lĩnh vực nghiên cứu để ghi lại các phép tính và cộng tác toàn cầu.
Giao diện người dùng Kubuntu Focus Ir16 Gen 2 hiển thị các ứng dụng khoa học trên Linux.
Ngoài sự chấp nhận rõ ràng trong khoa học máy tính, các ngành khoa học tự nhiên như vật lý cũng đã chọn Linux nhờ sự đa dạng của phần mềm mã nguồn mở và miễn phí. CERN, nổi tiếng với Máy Va Chạm Hạt Lớn (Large Hadron Collider) và là nơi khai sinh ra World Wide Web, từng duy trì một bản phân phối Linux riêng biệt có tên Scientific Linux, hợp tác với Fermilab, nhằm phục vụ các thí nghiệm vật lý hạt.
Lịch Sử Lâu Đời Với Unix
Một lý do khác khiến Linux được cộng đồng khoa học chấp nhận rộng rãi ngay từ khi ra đời vào thập niên 90 là bởi nó được lấy cảm hứng mạnh mẽ từ hệ điều hành Unix gốc, vốn đã phổ biến trong học viện do phí cấp phép thấp mà AT&T áp dụng cho các trường đại học. Do Linux có nhiều điểm tương đồng với các hệ thống Unix hiện có, việc chuyển đổi từ Unix truyền thống sang Linux trở nên dễ dàng.
Các nhà khoa học đã quen thuộc với hệ thống Unix trên máy tính lớn (mainframes), máy tính mini (minicomputers) và máy trạm (workstations) trong suốt những năm 70 và 80. Linux cung cấp cho các nhà nghiên cứu khả năng chạy trên phần cứng máy tính cá nhân (PC) với chi phí thấp. Điều này cho phép họ xây dựng các cụm máy tính từ những chiếc PC phổ thông để xử lý dữ liệu từ các thí nghiệm với chi phí rất phải chăng. Mặc dù trên lý thuyết, bộ xử lý x86 kém mạnh mẽ hơn so với bộ xử lý RISC đang cấp nguồn cho các máy trạm và máy chủ Unix, nhưng chúng lại rẻ hơn rất nhiều. Việc ghép nối nhiều máy tính đã bù đắp cho hiệu suất thấp hơn bằng sức mạnh tổng hợp, giúp nhiều CPU có thể xử lý dữ liệu thí nghiệm một cách nhanh chóng.
Sự chấp nhận sớm này của Linux trong cộng đồng khoa học đã thúc đẩy các quản trị viên CNTT chính thống trong các doanh nghiệp xem xét nó như một lựa chọn thay thế cho các máy chủ Unix và Windows độc quyền, đắt đỏ.
Chi Phí Cấp Phép Thấp Hoặc Miễn Phí
Một trong những lý do lớn nhất khiến Linux trở nên phổ biến trong giới khoa học là chi phí thiết lập gần như bằng không. Dù họ vẫn phải mua phần cứng, nhưng phần mềm thường có sẵn miễn phí. Tất nhiên, các nhà khoa học có thể đăng ký các hợp đồng hỗ trợ từ các công ty như Red Hat hoặc Canonical, nhưng thông thường, việc nhờ một sinh viên sau đại học quản lý hệ thống lại dễ dàng và tiết kiệm hơn nhiều.
Bạn có thể nghĩ rằng các trường đại học và phòng thí nghiệm nghiên cứu có rất nhiều tiền, nhưng trên thực tế, họ thường phải đối mặt với áp lực tài chính để cắt giảm chi phí. Nhiều dự án khoa học phụ thuộc vào các khoản tài trợ, và các nhà khoa học phải chi tiêu tiền tài trợ một cách khôn ngoan. Một trong những khoản họ không muốn chi tiền là giấy phép phần mềm. Khi bạn dành một cụm máy tính nhỏ cho một dự án và dự định dỡ bỏ nó sau khi hoàn thành thí nghiệm, việc mua giấy phép Windows cho tất cả các máy tính đó là không hợp lý. Tốt hơn hết là tải một bản ISO phân phối Linux miễn phí và cài đặt trên các máy này.
Khả Năng Triển Khai Phần Mềm Tùy Chỉnh Vượt Trội
Một lý do khác khiến Linux và các hệ thống tương tự Unix tồn tại lâu dài là chúng cung cấp một môi trường tuyệt vời để triển khai phần mềm tùy chỉnh. Unix trong lịch sử được phát triển “bởi lập trình viên, dành cho lập trình viên”. Triết lý Unix về các tệp văn bản và chuyển hướng đầu vào/đầu ra được thiết kế để việc tạo chương trình trở nên đơn giản nhất có thể.
Các công cụ hiện đại đã làm cho việc lập trình trở nên dễ dàng hơn. Có một xu hướng chuyển từ các ngôn ngữ lập trình biên dịch truyền thống sang các ngôn ngữ thông dịch như Python. Những ngôn ngữ này giúp tiết kiệm thời gian bằng cách bỏ qua chu trình biên dịch. Chúng cũng tự động quản lý bộ nhớ, có nghĩa là ít lỗi hơn có thể gây ra sự cố chương trình. Nếu bạn chỉ có một khoảng thời gian ngắn để phân tích dữ liệu từ một thí nghiệm, bạn sẽ không muốn phải dừng lại để tìm lỗi do con trỏ gây ra. Các nhà khoa học là một nhóm người không chỉ sử dụng Linux như một giải pháp thay thế cho Windows, mà còn tận dụng tối đa những gì nó mang lại.
Danh sách các thư viện Python khoa học trên trang web NumPy, minh họa khả năng phát triển ứng dụng tùy chỉnh trên Linux.
Ngoài ra, có rất nhiều thư viện giúp đẩy nhanh việc triển khai một ứng dụng tùy chỉnh. Điều này có nghĩa là các nhà nghiên cứu, những người thường không có kiến thức chuyên sâu về khoa học máy tính, có thể viết chương trình để giao tiếp với thiết bị phòng thí nghiệm hoặc thực hiện các phép tính thống kê nhanh hơn so với việc họ phải tự tay viết mã ứng dụng từ đầu. Với sự sẵn có của phần mềm mã nguồn mở, họ cũng có thể lấy một chương trình đã viết trước đó và tùy chỉnh nó theo nhu cầu của mình.
Linux Thống Trị Các Siêu Máy Tính
Các phép tính khoa học, chẳng hạn như những phép tính yêu cầu trong vật lý năng lượng cao, rất phù hợp với siêu máy tính. Những cỗ máy xử lý số liệu khổng lồ này đều chạy Linux. Không chỉ “phần lớn siêu máy tính” mà là tất cả các máy này đều chạy Linux. Theo TOP500, một cơ sở dữ liệu về 500 siêu máy tính hàng đầu thế giới, hệ điều hành của tất cả các máy được liệt kê, 100% trong số đó đều chạy Linux tính đến tháng 3 năm 2025.
Tại sao Linux lại phổ biến trong siêu máy tính? Một lần nữa, điều này có thể liên quan đến sự phổ biến của các hệ thống tương tự Unix trong điện toán khoa học. Điều này tự nhiên mở rộng từ các hệ thống máy tính để bàn sang các máy tính lớn hơn. Linux đã trở nên phổ biến để xây dựng các hệ thống cụm từ các PC giá rẻ. Mặc dù siêu máy tính phức tạp hơn PC, nhưng việc điều chỉnh Linux cho siêu máy tính không phải là một bước nhảy vọt quá lớn.
Sự linh hoạt của Linux trong phần mềm cũng giúp nó thống trị trong lĩnh vực siêu máy tính. Với tư cách là nhà cung cấp thương mại, việc Microsoft điều chỉnh Windows cho một cỗ máy chủ yếu hoạt động ở chế độ hàng loạt (batch mode) để tính toán sẽ khó khăn hơn rất nhiều. Nó sẽ đòi hỏi rất nhiều sự phối hợp giữa các nhà khoa học và công ty, cùng với quyền truy cập vào mã nguồn – điều mà Microsoft chỉ cấp cho một số khách hàng chọn lọc.
Siêu máy tính có lẽ quá khác biệt so với điện toán kinh doanh thông thường mà các máy chủ Windows được thiết kế để phục vụ, khiến việc xây dựng một phiên bản Windows dành cho siêu máy tính trở nên không đáng giá. Với mã nguồn dễ dàng có sẵn, các nhà phát triển có thể điều chỉnh Linux cho nhiều nền tảng phần cứng khác nhau.
Kho Ứng Dụng Khoa Học Phong Phú
Một lý do khác khiến Linux được các nhà khoa học ưa chuộng là nó cung cấp cho họ các công cụ để thực hiện công việc của mình. Các nhà khoa học có thể thực hiện các phép tính với các hệ thống đại số máy tính tinh vi như SageMath, SymPy, hoặc Maxima. Họ có thể phát triển ứng dụng với tất cả các công cụ lập trình tiêu chuẩn, cũng như soạn sách và bài báo khoa học bằng LaTeX.
Mặc dù có rất nhiều ứng dụng khoa học miễn phí và mã nguồn mở có sẵn, các nhà khoa học vẫn có thể sử dụng các chương trình thương mại như MATLAB và Mathematica cho công việc của họ. Có lẽ chính sự phổ biến của Linux trong giới khoa học đã làm cho những ứng dụng này có sẵn trên nền tảng này.
Người dùng khoa học cũng có thể sử dụng các công cụ thông thường cho công việc của mình. Họ có thể nghiên cứu tài liệu qua các trình duyệt như Firefox hoặc Chrome và thực hiện các phép tính đơn giản trong các bảng tính như LibreOffice Calc. Khả năng chạy tất cả các công cụ này trên một nền tảng duy nhất, kết hợp với sự quen thuộc của mô hình Unix đối với các nhà khoa học, có lẽ là lý do tại sao họ sẽ vẫn trung thành với hệ thống này trong nhiều năm tới.
Sự tin cậy, linh hoạt và chi phí thấp là những lý do khiến Linux vẫn là lựa chọn hấp dẫn đối với những người muốn tận dụng tối đa máy tính của mình, bất kể lĩnh vực nào. Linux sẽ tiếp tục tìm thấy nhiều ứng dụng nghiêm túc hơn, và các nhà khoa học sẽ là những người dẫn đầu xu hướng này. Hãy chia sẻ với chúng tôi ý kiến của bạn về vai trò của Linux trong khoa học và nghiên cứu!
