(右起) 中原大學研究發展處研發長 洪穎怡及雙子星雲端運算業務副總 方榮智

1955 年誕生的「中原理工學院」起算,中原大學創校至今,已走過逾一甲子歲月,長期秉持穩健踏實的辦學理念,努力培育兼具專業能力與軟實力、能夠與產業接軌的優秀人才。

基於將研發資源回饋社會、帶動產業升級發展的信念,中原大學近年斥資近 2 億元打造完善的工業 4.0 示範場域,因而獲得中國工程師學會評選為 2020 年「產學合作績優單位」獎,連續六年獲此獎項,刷新公私立大學紀錄;連帶讓中原屢屢獲得人力銀行評選為「企業最愛大學」。

近年中原大學積極打造「活用創意」、「激及創新」及「迎向創業」之競爭優勢,因而致力推動人工智慧(AI)教學與研究,也對 AI 環境建設的投入不遺餘力;在今年(2020)引進雙子星雲端運算公司提供的 Gemini AI Console 管理平台,搭配四台 HPE ProLiant DL380 Gen10 伺服器、一台 NVIDIA DGX 工作站,建立校內 AI 雲平台,使全校師生都能充分享用 GPU 資源、展開更多 AI 實作。

中原於今年中旬完成 AI 雲平台建置,旋即讓它披掛上陣、承載人工智慧與大數據創意競賽活動,支持所有競賽團隊產出創意作品;最終協助孕育「生涯規劃與修課推薦順序」、「ShopQuick 蝦款網拍智慧訂價小幫手」等諸多亮點作品。

打破機器孤島,建構共享式資源池

中原大學研究發展處研發長洪穎怡表示,談到近年 AI 教學推動成效,可歸納出四個重點。首先把 AI 變成校通識必修課程,從 110 學年度起,無論理學院、工學院、商學院、設計學院、人文與教育學院、法學院或電機資訊學院的學生,皆須修習「自然科學與人工智慧導論」、「運算思維與程式設計」兩門課程。其次將 AI 建設從校級延伸到各學院,一方面在校級 AI 實作教室增設自走車、人形機器人、平板電腦、影像辨識、Azure 平台等教材,二方面重整多間教室,放置各學院共構設備。

再者集結校內 14 位教師,合著「AI 人工智慧導論-理論、實務與素養」教科書。最後培訓 36 位教師和助教、組成中原 AI 種子教師班底,並成立校級 AI 教學工作坊。

至於 AI 研究部份,則已孕育「高清晰演算法 AI 偵測系統」、「智慧終端系統晶片設計」、「居家心電圖輔助診斷裝置」等等豐碩成果;其中洪穎怡也貢獻兩個重要的 AI 研究成果,一是利用深度學習預測離岸風場之風速,另一是以 AI 估測碼頭天車電纜的剩餘壽命。

洪穎怡說,從中原推動 AI 教學與研究的態勢來看,不難理解中原何以積極佈建 GPU Server 或工作站等運算資源。洪穎怡坦言,早期校方無太多使用經驗,初期把上述運算資源部署在 VDI Cloud 環境,讓使用者透過虛擬桌面掛載 GPU 資源,但建置模型訓練環境的程序不便、等待時間過久,使用過程也經常當機;久而久之多數師生傾向自行籌措資源,無意繼續使用此服務,使得校方悉心設置的資源瀕臨閒置狀態、十分可惜。

今年初校方決定重整 GPU 資源供應架構,責成研發處主導 AI 雲平台建置案,促使中原亟需佈建一套 AI 運算資源管理暨調度系統。洪穎怡指出,研發處對於這套系統有幾個關鍵要求,包括深具未來擴充性、整合共用的儲存設備、整合校方既有的帳號權限管理機制,最重要是須同時滿足教學和研究不同場景需求。經過審慎評選,最終選用符合校方各項期待的 Gemini AI Console,而中原也期待借重雙子星在與國網中心 TWCC AI 雲平台的建置經驗。

利用容器概念,加速佈建運算環境

「為了發揮高效能運算平台應有效能,我們必須盤整現有 IT 基礎建設,」洪穎怡說,因應 AI 雲平台建置,中原將網路頻寬從 1Gbps 升級到 10Gbps,也致力佈建延遲、高容量的儲存空間,甚至重整機房電源、冷卻等基礎設施。

更重要的新嘗試,是藉由虛擬容器讓使用者彈性運用 GPU 運算資源,以迎合未來大勢所趨,但這個全新觀念難免為專案團隊帶來挑戰;所幸 Gemini AI Console 能高度支援 Docker 與 Kubernetes,加上雙子星、敦新科技(HPE ProLiant 伺服器代理商)等協力夥伴從旁給予堅強奧援,幫助中原順利度過容器化考驗。

如今隨著 AI 雲平台啟用,師生建立模型訓練環境的流程,對此過去已產生顯著差異。回顧以往單機式運用環境,使用者必須在 AI 程式開發初期,先利用低階 PC 建立運算環境,同時需要自行維護計算的資料,因缺乏共同的儲存設備,迫使使用者不斷拷貝與搬移資料,形成大量時間浪費。再者整個環境並未統一的使用者認證機制,使校內難以有效管理使者用的研究能力及相關研究成果。

反觀現在,使用者可透過高速網路連結,並透過單一身份認證機制,登入平台啟用專屬於自己的儲存空間、直接掛載資料而不需搬移,且能以更有彈性的方式來使用高效能運算資源,大幅縮短模型建立及訓練環境建置的時間。

最令師生們備感驚喜的是,透過虛擬容器概念,讓一些初學的使用者不需進行重複設定或安裝複雜工具,即可降低門檻、快速部署運算環境,繼而快速進入大數據分析與 AI 領域,專注於揮灑創意,產出最佳的 AI 實作成果。中原慶幸選擇 Gemini AI Console,得以建構兼具「整合 LDAP/AD 權限管理」、「主機叢集式單一介面管理」、「依需求動態調配主機資源」、「會操作 Web 即可取得容器」及「整合儲存系統,資料絕對隔離」等優勢的 AI 資源池,滿足研究型大學真正所需的 IT 基礎架構。

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