國網中心目標5年提升6倍算力，跟上HPC高速發展潮流

臺灣本土打造的超級電腦，歷年來多次名列全球前100強，2018年啟用的臺灣杉二號，更是當時全球第20強，同時也是能源效率第10高的超級電腦。

不過，5年後的現在，臺灣杉二號滑落至全球排名72，其他現役超級電腦也漸趨老舊，算力急需擴充。國家高速網路與計算中心主任張朝亮指出：「臺灣超級電腦建設開始往後段班移動。以臺灣GDP和科技能力而言，絕對還有很大的成長空間。」

張朝亮去年4月接任國網中心主任，肩負起發展未來數位基礎建設及高速運算技術的責任。在這之前，他於美國航太總署（NASA）蘭利研究中心從事研究34年，專精計算流體力學和高效能平行計算，在HPC研究相關領域經驗豐富。張朝亮表示，熟悉尖端科研所需環境、資源及行事方法，有助於他在國網中心的職責。

全球高速運算需求成長快速，不只用於尖端科技研究，更應用民生

現役臺灣超級電腦有臺灣杉一、二、三號。一、三號為CPU架構超級電腦，用於航太航空、原子科學、氣象科學、工程設計與模擬等研究領域；二號則為GPU架構，主要用於AI相關實驗。這3臺超級電腦算力合計約13PFLOPS，其中最強的臺灣杉二號算力約10PFLOPS。

不過，現今最強的超級電腦已經進入下一個量級，發展到以EFLOPS為單位，全球前500強超級電腦的總算力也從2018年的1.2EFLOPS成長到如今的5.2EFLOPS，最強的美國Frontier超級電腦一臺就有高達1.2EFLOPS的算力，顯示超級電腦技術發展飛速。

放眼亞洲，許多國家也大力發展超級電腦建設。日本坐擁世界排名第2的富岳超級電腦，一臺算力就高達537PFLOPS，且已經在規畫次世代超級電腦；韓國KISTI預計2024年建出一臺600PFLOPS的超級電腦；連以服務和金融業為主的新加坡，也計畫增加10至20PFLOPS算力。

張朝亮表示，國民認同超級電腦價值，是超級電腦作為數位基礎建設高速發展的一大關鍵。他以超級電腦大國日本為例，說明如何提升民眾對超級電腦的認同。

新冠疫情開始流行時，日本將世界排名第2的超級電腦富岳，運用到防疫工作上。他們利用超級電腦來模擬咳嗽飛沫擴散路徑，計算出在書桌前、電車中、飛機上或計程車等空間中，阻隔物及空氣流動條件如何影響飛沫擴散，並用令人印象深刻的動畫呈現。接著，再呈現出戴上口罩後，飛沫擴散情形會顯著降低。「這個模擬影像後來被全世界引用，也讓許多人意識到戴口罩的重要性，是一個很成功的超級電腦宣傳。」張朝亮評論。

另一個例子是，籌備東京奧運時，他們利用超級電腦來計算，如何調整東京大眾交通運輸班次，可以消化大量外來人流，同時最小化對居民影響。「同樣是交通題目，比起研究汽車零件怎麼設計會跑得好，日本這個題目更加生活化、更讓民眾有感。」

張朝亮說，他從日本學到最重要的事情是，利用超級電腦研究，題目與民生結合，發表時強調HPC扮演的角色，更容易對大眾溝通超級電腦價值。當超級電腦被視為重要數位基礎建設，經費才容易爭取。

不只許多研究題目有待開發，張朝亮認為，臺灣還有一群龐大HPC潛在用戶，就是占比臺灣企業98%的中小型企業。他觀察，雖然許多企業尚不重視需要大量計算的應用情境，但隨著AI，尤其是生成式AI開始熱門後，這個情況已經逐漸開始改變。因此，可以趁勢對更多中小企業推廣AI和其他HPC應用，讓超級電腦不再只是一項陌生而遙遠的高科技，而是可以為生活及工作帶來效益的一項利器。

超級電腦算力須急起直追，期望5年內算力增加6倍以上，超過100PFLOPS

為了迎頭趕上超級電腦發展進程，今年10月，全球百強超級電腦的臺灣杉二號將展開大升級，將舊有GPU汰換成算力更強的次世代GPU，來支援未來AI研究所需的龐大算力，包括臺灣本土大型語言模型TAIDE後續發展。緊接著，CPU架構的新超級電腦臺灣杉四號明年即將開放使用，接替即將除役的臺灣杉一號。次世代GPU架構超級電腦臺灣杉五號也在規劃中，預計支援未來更多大型AI實驗。

張朝亮說明，先進國家超級電腦的GPU和CPU算力比例，約落在2比1到4比1間，臺灣則是5比2。以GPU為主的算力分配，意味著各國都有意積極發展AI技術。他認為，AI實力就是國力，在生成式AI快速發展的當今更是如此，「而且下一個世代，AI應用會更複雜、解決更大規模的問題。」

舉例來說，今年5月，一家臺灣軟體公司透過臺灣杉二號，建立了高達1,760億參數的國產LLM福爾摩沙大模型。6月，國科會也初步發表了TAIDE 70億參數版本，預計今年底展示130億參數的大型語言模型。

不只是通用型LLM，張朝亮觀察，臺灣還有許多專門領域，已經積極利用AI來進行各式研究，包括醫療領域用來做基因研究、大氣科學領域來做氣象模擬與預測、材料領域用來做合金模擬等。此外，他認為製造業採用AI於智慧製造的情況，仍有許多發展空間，「是一個可以加強推廣AI普及化的產業。」

不論是進一步發展AI技術，還是確保逐步跟上AI浪潮的領域有足夠研究資源，臺灣都需要更強的演算法及算力支撐。張朝亮表示，他希望5年內增加國網中心算力到100至200PFLOPS間，才足以支援臺灣科研持續發展。這個目標，從近期已有具體規畫的臺灣杉四、五號建設開始。

考慮到能源使用效率，未來臺灣衫五號預計會建置在剛動土的臺南國網雲端資料中心內。雖然美日等大國的超級電腦中心分散於不同學術或研究機構，但張朝亮指出，維運超級電腦須有許多網路、系統、介面管理、平臺維護人才。所以，「由國網中心集中建置、維運超級電腦並提供服務，還是目前比較實際的做法。」

攝影／洪政偉
小國家科研反而更需要注重大架構，否則會淪為零件商，辛苦研究的成果只能由別人整合成商品來賺錢。──國家實驗研究院國家高速網路與計算中心主任 張朝亮

支援HPC研究所需軟體技術，太空科技、淨零科技是未來重點

張朝亮表示，為了支援國內HPC研究，國網中心不只提供硬體基礎建設服務，還會發展學術資源平臺、開發環境以及研究輔助技術。舉例來說，教育機構研究AI用的教育雲平臺、提供產學界HPC、AI、Cloud服務的臺灣AI雲，以及生醫界資訊分析用的開發環境及資料庫等。

為了支援應用場景與日俱增的AI圖片運算，國網中心於2020年發表了智能點雲技術。

一般點雲技術利用光學雷達（LiDAR）來掃描、量測物體，蒐集物體三維座標後，整合成立體模型。接著，再比對相機拍攝到的彩色數位相片，貼附顏色到對應位置。市面上點雲軟體常發生色彩錯誤、光影不合理或出現殘影等問題，傳統作法是靠人工框選需修正之處，不斷切換視角，手動重新著色，不僅繁瑣、耗時，擬真程度也差強人意。

智能點雲技術則用AI來校正，準確率接近95%，因此，人工後製所需時間從6個月縮短為1個月。此技術已實際應用於古蹟維護、影視創作、工程檢驗等領域，也能用於政府今年有意大力發展的淨零科技。

為了推動行政院2023~2026期淨零科技方案，今年政府成立淨零科技方案推動小組，來推動5大領域淨零科技。國網中心便在其中扮演了技術支援角色。

張朝亮舉例，5大領域中的負碳科技有一項是碳封存。為了尋找海底合適的封存地點，國網中心將與國研院海洋科技研究中心合作，先由海洋中心出動海研船掃描臺灣海峽地形，再利用國網中心的智能點雲技術，建立臺灣周遭海域地質3D模型。

未來，國網中心還計畫研發海地模擬高速計算技術，利用臺灣附近海域的波場和流場數據，來做沖刷模擬。此技術有助於碳封存作業的選址、設施建置、以及船舶運輸所需考量的風險及海洋工程問題。

太空研究是另一個國網中心支援的科研領域。張朝亮表示，過往臺灣航太領域的研究尚不蓬勃，所需算力較少。今年，國家太空中心正式改制為行政法人後，喊出2026年達成自製火箭升空的目標。由於火箭試射仰賴大量HPC資源來模擬與驗證，可以預期未來算力需求將大幅提升。

未來國網中心會與太空中心合作，協助發展太空領域所需的相關計算模擬平台，例如模擬所需核心程式及各種軟體，縮短專案研發工作，加速太空科研發展。

不只發展軟硬體HPC建設，還要將34年NASA尖端研究作風帶入國網中心

張朝亮表示，在NASA從事研究的34年間，他深受美國科研界文化影響。同時，他也觀察到美國尖端研究機構行事作風，有不少值得臺灣科研界學習之處，是他希望帶入國網中心的。

他舉例，美國大型研究機構擬定科研計畫時，架構及大方向相當明確。也因為當初擬定研究計畫時經過深思熟慮，因此美國科研機構願意投資具有前瞻性的研究計畫，放手讓研究員進行當下看似無用武之地，但未來能發揮巨大價值的研究。

相對來說，他認為臺灣研究能力很強，不過選題分散，難以綜整不同研究，形成可以商品化的成果。

「這就是系統工程的概念。小國家科研反而更需要注重大架構，否則會淪為零件商，辛苦研究的成果只能由別人整合成商品來賺錢。」

張朝亮表示，研究不能一開始就聚焦最細節，而是要先盤點既有技術及需要研究的項目，再思考如何綜整研究成果，以達成終極目標。他也嘗試將這種系統工程思維，帶到國網中心參與的研究計畫中，包括現今大力發展的淨零科技研究和太空科技研究。

另一個重點是科研單位的技術管理。盤點既有技術時，張朝亮發現，「國網中心開發過許多厲害的技術，卻沒有妥善歸檔為技術文件。」他比喻，就像傳統工廠有很多技藝沒有正式紀錄，只能從老師傅口中取得資訊。國網中心有些技術也需要「問對人」，才會知道具體細節。

因此，他上任後大力推動技術文件化，強調新開發技術必須有說明文件，同時派人學習並紀錄、歸檔既有技術。目前，對外服務的技術大多已經文件化，下一步是持續補齊數位基礎建設後端的維運及操作文件。

 CTO小檔案 

國家高速網路與計算中心主任 張朝亮

學歷：美國賓州州立大學機械工程博士

經歷：曾於美國不同高科技公司擔任首席軟體工程師及資深研究科學家，先後在美國NASA蘭利研究中心從事研究34年， 同時也是美國AIAA的副會士。2022年回臺擔任國網中心主任，負責規畫國內超級電腦及學研網路等數位基礎建設，並參與多項科研計畫。

 機關檔案 

國家實驗研究院國家高速網路與計算中心

地址：新竹市東區研發六路7號

成立時間：1991年

主要業務：臺灣大型計算平臺及學術研究網路設施，提供國內各界高速計算、高品質網路、高效能儲存、大資料分析及科學工程模擬等雲端整合服務。

員工數：約200人

 IT大事記 

2011年：建置ALPS主機，運算效能177TF，名列TOP500第42名；臺灣第一座算圖農場啟用

2016年：TWAREN臺灣高品質學術研究網路骨幹升級至100G 

2017年：建置臺灣杉一號，運算效能達1.33PF，名列TOP500第95名

2018年：建置臺灣杉二號，運算效能9PF，名列TOP500第20名、Green500第10名

2019年：臺灣AI雲TWCC啟用

2020年：建置臺灣杉三號，運算效能2.7PF；開發智能點雲技術

2021年：推出AI雲端教育平臺

2022年：福爾摩沙開放網際網路交換中心啟用

2023年：臺南國網雲端資料中心動土