Khi nhìn vào bất kỳ phòng thí nghiệm khoa học nào ngày nay, bạn có thể dễ dàng nhận thấy các máy tính để bàn và máy tính xách tay ở đó thường chạy hệ điều hành Linux. Điều này không phải là ngẫu nhiên, mà là kết quả của một loạt các yếu tố độc đáo giúp Linux trở thành lựa chọn hàng đầu cho cộng đồng khoa học và nghiên cứu trên toàn thế giới. Từ triết lý mã nguồn mở đến khả năng tùy biến mạnh mẽ và chi phí vận hành tối ưu, Linux đã khẳng định vị thế vững chắc của mình trong lĩnh vực đòi hỏi sự chính xác, hiệu suất và khả năng hợp tác cao. Bài viết này sẽ đi sâu vào những lý do cốt lõi giải thích tại sao Linux lại phổ biến đến vậy trong giới khoa học.
Khoa học đề cao giá trị mã nguồn mở
Thế giới khoa học luôn đề cao tinh thần hợp tác và chia sẻ. Bất kỳ bài báo khoa học nào bạn đọc cũng thường có nhiều tác giả, và các nhà nghiên cứu thường xuyên cộng tác với nhau từ khắp nơi trên thế giới. Các nhà khoa học hàn lâm tự hào về sự sẵn lòng chia sẻ thông tin, cả với nhau và với cộng đồng rộng lớn hơn. Đã có một phong trào mạnh mẽ hướng tới các tạp chí truy cập mở (open-access journals), trái ngược với các nhà xuất bản lớn như Elsevier, những đơn vị thường tính phí cắt cổ để truy cập các tạp chí khoa học nơi các nhà nghiên cứu công bố phát hiện của họ.
Biểu đồ đường trong Jupyter Notebook thể hiện tỷ lệ sử dụng các hệ điều hành phổ biến trong tính toán khoa học.
Đây có lẽ là lý do tại sao Linux đã tìm thấy một vị trí vững chắc trong thế giới khoa học. Có rất nhiều công cụ dành cho các nhà nghiên cứu để thực hiện các phép tính của họ. GNU Octave là một sự thay thế trực tiếp cho MATLAB. Có các trình biên dịch cho Fortran, C và C++, những ngôn ngữ nền tảng lịch sử của điện toán khoa học. R và Python đang cách mạng hóa tính toán thống kê và thúc đẩy sự phát triển của khoa học dữ liệu. Jupyter notebooks đặc biệt phổ biến trong giới nghiên cứu ở mọi lĩnh vực để ghi lại các phép tính và cộng tác xuyên biên giới. Ngoài việc được ứng dụng rõ ràng trong khoa học máy tính, các ngành khoa học tự nhiên như vật lý đã chọn Linux vì sự đa dạng của phần mềm tự do và mã nguồn mở sẵn có. CERN, nổi tiếng với Máy Va Chạm Hadron Lớn (Large Hadron Collider) cũng như việc khai sinh ra World Wide Web, trước đây đã duy trì một bản phân phối Linux riêng để làm nền tảng cho các thí nghiệm vật lý hạt, đó là Scientific Linux, cùng với Fermilab.
Lịch sử lâu đời của Unix trong học thuật
Một lý do khiến Linux được cộng đồng khoa học chấp nhận rộng rãi khi nó lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 90 là bởi Linux được lấy cảm hứng mạnh mẽ từ hệ điều hành Unix gốc, vốn rất phổ biến trong giới học thuật do phí cấp phép thấp của AT&T đối với các trường đại học. Vì Linux tương tự như các hệ thống Unix hiện có, nên việc chuyển đổi từ Unix truyền thống sang Linux trở nên dễ dàng.
Các nhà khoa học đã quen với việc sử dụng hệ thống Unix trên các máy tính lớn (mainframes), máy tính mini (minicomputers) và máy trạm (workstations) trong suốt những năm 70 và 80. Linux đã mang lại cho các nhà nghiên cứu khả năng chạy trên phần cứng PC không đắt đỏ. Việc xây dựng các cụm máy tính từ các PC thương mại để xử lý dữ liệu từ các thí nghiệm trở nên khả thi với chi phí rất thấp. Điều này làm cho Linux hấp dẫn hơn đối với các nhà khoa học. Mặc dù trên lý thuyết, bộ xử lý x86 kém mạnh hơn so với các bộ xử lý RISC cung cấp năng lượng cho máy trạm và máy chủ Unix, nhưng chúng lại rẻ hơn nhiều. Việc tạo cụm máy tính đã bù đắp cho sức mạnh xử lý thấp hơn thông qua sức mạnh tổng hợp. Nhiều CPU có thể nhanh chóng xử lý dữ liệu thực nghiệm. Sự chấp nhận sớm này của Linux trong cộng đồng khoa học đã dẫn đến việc 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 không đáng kể
Một lý do khác khiến Linux phổ biến trong thế giới khoa học là chi phí thiết lập gần như bằng không. Dĩ nhiên, họ 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 thường thì việc nhờ một nghiên cứu sinh đảm nhiệm việc quản lý hệ thống lại dễ dàng và rẻ hơn nhiều.
Trang tải xuống phiên bản Ubuntu 24.04 LTS, minh họa tính sẵn có miễn phí của hệ điều hành Linux.
Bạn có thể nghĩ rằng các trường đại học và phòng thí nghiệm nghiên cứu có rất nhiều tiền, nhưng thực tế họ thường phải chịu 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 của họ một cách khôn ngoan. Một trong những khoản mà họ không muốn chi tiền vào là cấp phép phần mềm. Khi bạn dành một cụm máy nhỏ cho một dự án và dự định sẽ gỡ bỏ nó sau khi hoàn thành một thí nghiệm, việc mua giấy phép Windows cho tất cả các máy đó không có ý nghĩa gì. Thay vào đó, tốt hơn là tải một bản phân phối Linux miễn phí và cài đặt nó trên những máy này.
Khả năng triển khai phần mềm tùy chỉnh vượt trội
Một lý do nữa khiến Linux và các hệ thống giống Unix khác tồn tại bền vững là chúng là một môi trường tuyệt vời để triển khai phần mềm tùy chỉnh. Unix trong lịch sử được phát triển “bởi các lập trình viên, dành cho các lập trình viên”. Triết lý Unix về các tệp văn bản và việc chuyển hướng đầu vào/đầu ra được tạo ra để giúp việc tạo chương trình trở nên đơn giản nhất có thể.
Các công cụ khác đã làm cho việc lập trình hiện đại dễ dàng hơn. Đã có một sự chuyển dịch từ các ngôn ngữ biên dịch truyền thống sang các ngôn ngữ thông dịch như Python. Những ngôn ngữ này tiết kiệm thời gian bằng cách tránh chu trình biên dịch. Chúng cũng tự động xử lý quản lý bộ nhớ, điều này có nghĩa là ít lỗi hơn có thể gây ra sự cố cho chương trình. Nếu bạn chỉ có một lượng thời gian nhỏ để phân tích dữ liệu từ một thí nghiệm, bạn không muốn phải dừng lại để khắc phục các lỗi gây ra bởi một lỗi con trỏ nào đó. Các nhà khoa học là một nhóm người không chỉ sử dụng Linux như một lựa chọn thay thế Windows, mà còn tận dụng tối đa những gì nó mang lại.
Danh sách các thư viện Python khoa học trên trang web NumPy, hỗ trợ phát triển ứng dụng tùy chỉnh trong nghiên cứu.
Ngoài ra, có rất nhiều thư viện giúp tăng tốc công việc triển khai một ứng dụng tùy chỉnh. Điều này có nghĩa là các nhà nghiên cứu, những người thường không có nền tảng vững chắc về khoa học máy tính, có thể viết các 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 viết mã ứng dụng của mình 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
Biểu đồ hình tròn từ trang TOP500 cho thấy 100% siêu máy tính trên thế giới đang chạy hệ điều hành Linux.
Các tính toán khoa học, chẳng hạn như những gì cần thiết cho vật lý năng lượng cao, rất phù hợp với siêu máy tính. Những máy tính khổng lồ này chạy Linux. Không phải “phần lớn siêu máy tính,” mà là TẤT CẢ những cỗ 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 đã chạy Linux tính đến tháng 3 năm 2025.
Tại sao Linux lại phổ biến đến vậy trong siêu máy tính? Một lần nữa, điều này có thể liên quan đến sự phổ biến của các hệ thống giống Unix trong điện toán khoa học. Điều này tự nhiên sẽ mở rộng từ 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 máy tính 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 sự thay đổi quá lớn. Tính linh hoạt của Linux trong phần mềm cũng giúp nó thống trị trong siêu máy tính. Với tư cách là một 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. Và nó sẽ cần 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 máy chủ Windows được thiết kế để hoạt động, đến mức việc xây dựng một phiên bản Windows dành cho siêu máy tính sẽ không đáng giá. Với sự sẵn có dễ dàng của mã nguồn, các nhà phát triển có thể điều chỉnh Linux cho nhiều nền tảng phần cứng khác nhau.
Sự sẵn có của các ứng dụng khoa học chuyên biệt
Một lý do khác khiến Linux phổ biến với các nhà khoa học 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 của họ 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 tự do 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 khiến 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 thông 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, 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.
Linux tiếp tục là một nền tảng hấp dẫn đối với những người muốn tận dụng tối đa máy tính của mình, bất kể lĩnh vực họ đang làm việc, nhờ vào độ tin cậy, tính linh hoạt và chi phí thấp. Linux chắc chắn sẽ tiếp tục tìm thấy nhiều ứng dụng nghiêm túc hơn nữa, và giới khoa học sẽ là những người tiên phong dẫn đầu xu hướng này. Hãy chia sẻ suy nghĩ và kinh nghiệm của bạn về việc sử dụng Linux trong học thuật và nghiên cứu nhé!
