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「超級電腦」是什麼?AI運算為何不靠它不行?台灣最新布局一次看
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財經 | 商業趨勢

「超級電腦」是什麼?AI運算為何不靠它不行?台灣最新布局一次看

「超級電腦」是什麼?AI運算為何不靠它不行?台灣最新布局一次看
台灣杉二號超級電腦。 (來源:取自國家高速網路與計算中心網頁)
撰文者:中央社
中央社 2024/06/11
摘要
  1. 超級電腦由許多計算節點組成,可構建出高效率、高性能的運算平台,並能執行一般個人電腦(PC)或桌機無法處理的龐大、複雜計算問題。
  2. 應用的面向包含提升氣象預報準確度、加速新型藥物、疫苗開發,病理影像分析、精準診斷,甚至晶片、新材料開發等。
  3. 目前世界最強的超級電腦,是美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的Frontier,國內最厲害的超級電腦,是輝達(Nvidia)建置的Taipei-1,在全球超級電腦前500強榜單中,位列第38名。

輝達執行長黃仁勳超微董事長暨總裁蘇姿丰等科技業巨頭來台灣參加台北國際電腦展(Computex),炒熱人工智慧(AI)話題。事實上,AI要落地應用,必須仰賴「超級電腦」(Supercomputer)的龐大算力與速度。

連黃仁勳都建議台灣投資建置的超級電腦,究竟有多超級、可帶來哪些貢獻、台灣最新布局為何?3大關鍵解析一次看。

什麼是超級電腦?

超級電腦由許多計算節點組成,每個節點都有自己的處理器、記憶體和儲存空間,將多個計算節點組裝串接,就可構建出高效率、高性能的運算平台,並能執行一般個人電腦(PC)或桌機無法處理的龐大、複雜計算問題。

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視覺上,超級電腦體積非常龐大、甚至可占地一整面網球場,組裝起來的機櫃可比人還要高。

國家高速網路與計算中心主任張朝亮說明,國際間以「浮點運算」(FLOPS,Floating-point operations per second)作為超級電腦速度單位,以1個petaFLOPS來說,等於每秒可進行10的15次方、即1千兆次浮點運算;反觀個人電腦,如果能達到每秒10的9次方,就可說是非常了不起了。

當今世界上最強的超級電腦,是美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的Frontier,搭載超微(AMD)處理器,運算速度達exaFLOPS等級,1個exaFLOPS等於每秒可進行10的18次方、即100京次的浮點運算,據最新統計,Frontier已具備1.206 exaFLOPS算力。

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超級電腦Frontier。 (來源:取自美國能源部橡樹嶺國家實驗室網頁)

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進一步檢視超級電腦2大主要組成,即圖形處理器(GPU)和中央處理器(CPU)。

張朝亮表示,20、30年前一般電腦都是用CPU進行運算,GPU起初則是用來處理影像,實際上,要做到準確3D效果、影像拉近拉遠,背後牽涉非常複雜的數學運算,後來,設計GPU起家的輝達也發現,GPU不只能處理影像, 若用在計算,可變成「CPU的加速器」,也造就近10年開始,以GPU為計算核心引擎的超級電腦相繼誕生。

然而,並非所有的計算,都可以用GPU取代CPU,張朝亮說,以CPU為主的超級電腦,是應用在物理、化學、數學、大氣科學、工程、生命科學等領域的泛用運算;ChatGPT等大型語言模型(LLM)訓練以及其他AI相關運算,則是用GPU為主的超級電腦,會快速非常多。

也就是說,GPU是發展AI的必要條件,當一代代的GPU效能愈發強大,就可加速推進AI落地應用的時程。

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輝達DGX GH200超級電腦。 (來源:取自輝達網頁)

超級電腦有何貢獻?

張朝亮指出,超級電腦能做到的事情非常廣泛,比較民生的面向包含用於提升氣象預報準確度,以及長期的氣候測報分析,讓可能受影響的地區得以周全因應;在COVID-19疫情期間,國際間運用超級電腦計算模擬一個人咳嗽產生的流場、飛沫擴散路徑及影響範圍,以此訂定安全社交距離。

同時,加速新型藥物、疫苗開發,病理影像分析、精準診斷,甚至晶片、新材料開發,都可借助超級電腦的威力。

舉例來說,國網中心的台灣杉二號(TAIWANIA 2)超級電腦,每秒能進行高達176萬張的AI影像訓練,可大幅縮短標記腫瘤位置、疾病檢測與病原鑑定等應用所需要的時間,從幾天縮減到數小時。

張朝亮表示,美國國家航空暨太空總署(NASA)許多航太計畫的運算,也仰仗超級電腦讓其如虎添翼,包括繞地球或繞月飛行軌道、火箭設計、載具返回地球的落點預測、太陽研究等。


(影片來源:國家實驗研究院)

台灣超級電腦布局?

張朝亮指出,在算力即國力的時代,美國、歐洲、日本、韓國等主要先進國家或地區正在不斷擴大投資算力,買進高效能處理器,台灣必須跟上這股趨勢、甚至超前部署,才有機會趕上國內產學研界對AI、算力的龐大需求。

目前國內最厲害的超級電腦,是輝達(Nvidia)建置的Taipei-1,擁有22.3 petaFLOPS算力,在全球超級電腦前500強榜單中,位列第38名;Taipei-1部分高速運算資源,免費提供國內研發使用。

台灣杉二號則具備9 petaFLOPS算力,張朝亮表示,2018年建置時,台灣杉二號排名居世界第20名,但近年隨AI蓬勃發展,世界各國政府與廠商相繼投入超級電腦布局,導致台灣杉二號在國際間顯得相對弱勢。

不過,張朝亮指出,2023年為訓練台灣繁體中文「可信任人工智慧對話引擎」(TAIDE),國網中心已買進輝達72片較先進的H100 GPU,今年也啟動升級算力專案,GPU為主的超級電腦到年底將擁有16 petaFLOPS算力;明年則規劃提升至100到120 petaFLOPS,最終規模端視核定經費而定。

至於國網中心以CPU為主的超級電腦,張朝亮說明,包含2021年開始服務的台灣杉三號(TAIWANIA 3),算力為2.3 petaFLOPS,以及預計今年6月底、7月初上線的創進號(Forerunner-1),算力則為3.53 petaFLOPS。

台灣居世界前500大的超級電腦,除Taipei-1、台灣杉二號、台灣杉三號、創進號,還包含交通部中央氣象署攜手富士通建構的2個系統。

責任編輯:林思妍

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