Supercomputing 是什麼？一文帶你看懂！

 

隨著時代的變遷，人們正面臨著史無前例的挑戰，包括氣候變遷、自然災害與新型疾病等，這些問題的規模與複雜性日益提高，傳統的問題解決方式已經無法負擔，必須要仰賴 Supercomputing（超級運算）的技術，目前 Supercomputing（超級運算）已經應用在科學研究、工程設計、大數據分析等領域，接下來就讓我們深入了解一下 Supercomputing（超級運算）吧！

 

Supercomputing（超級運算）是什麼？如何運作？

Supercomputing（超級運算）又稱為 Supercomputer（超級電腦），是一種使用了大量中央處理器（CPU）和高速網路的資料處理程序，藉此達到大規模資料處理、高效能運算的能力。Supercomputing（超級運算）可能是一台伺服器，或是由數台伺服器組成資料中心等級的運算平台，運用 CPU 的特性，建立數百、數千個並行的工作節點來共同處理複雜的問題，並可能搭配擅長執行平行運算的圖形處理器（GPU），創造普通電腦難以達到的運算速度、資料整合能力。

 

Supercomputing（超級運算）需要什麼設備？

Supercomputing（超級運算）的組成大致上可以分為軟體與硬體，軟體的部分由網路介面、遠端顯示通訊協定、統一介面、冷卻和電源管理等核心元件組成，硬體則由 CPU、GPU、散熱風散、記憶體、電源供應器等組成，以下簡單介紹組成 Supercomputing（超級運算）的硬體設備。

CPU

CPU 中文為中央處理器，可以說是運算裝置的大腦，CPU 負責處理電腦或作業系統中的指令與程序，會將處理核心運用在個別工作上，適合處理的工作類型廣泛，包括一般計算、資料庫運行等，Supercomputing（超級運算）透過使用大量的 CPU 來提高運算速度。

GPU

GPU 為中文圖形處理器，是一種存在於電腦內用來執行繪圖運算的微處理器，GPU 採用的平行運算架構簡單、核心數量多，適合負責處理專精的工作，Supercomputing（超級運算）使用 GPU 來為 CPU 分擔更精密的工作，提高運算速度。

散熱風扇

Supercomputing（超級運算）的高速運算下會產生大量的熱能，散熱系統能夠協助排熱，以維持 CPU 的運作效能與壽命。

記憶體

由於大量的數據庫資料需要記憶體作為存儲工具，而高頻寬記憶體（HBM）是由動態隨機存取記憶體（DRAM）堆疊而成，再透過 3D 先進封裝，來加大頻寬與儲存空間，在高速運算中被大量使用。

電源供應器

電源供應器的功能主要將標準交流電（AC）轉換為低壓穩定的直流電（DC），供給裝置或設備使用，而 Supercomputing（超級運算）所需的電壓與電供瓦數需求都更高，因此對於電源供應器有更高標準的要求。例如：全漢提供的兩款工業型電腦電源 FSP3000-20FE、FSP2400-20FM，是 CRPS 標準的冗餘電源模塊，提供高達 3,000 瓦以及 2,400 瓦的總電源容量，以及 PMbus 功能，使其能夠與主板通信，適用於數據中心、工作站、通信、AI、工業自動化等。

 

Supercomputing（超級運算）有哪些優勢？

Supercomputing（超級運算）主要擁有高速運算、能執行大數據分析、精確度更加提升等優勢。

高速運算

Supercomputing（超級運算）使用了大量的 CPU，使其能夠在短時間內處理大量計算任務， 運算的速度以每秒浮點運算次數（FLOPS）衡量，而 Supercomputing（超級運算）可以達到 Petaflops 的速度，等同於每秒一千兆浮點運算（10¹⁵），速度是個人電腦的百萬倍以上，可以有效達到節省時間、節省成本費用、加速創新等優勢。

大數據分析

大數據分析仰賴龐大的資料處理能力，企業的數據量大小可能從 TP、PB 到 EB 等級都有，而 Supercomputing（超級運算）可以在短時間內處理數千兆個資料點，並精準的進行必要的分析，從而幫助使用者做出更好的決策，包括節省時間、節省成本費用、加速產品開發、制定更精準的企業戰略。

精確度更提升

高性能的計算資源可靠性更高，在進行資料分析或故障排除時，都能有更高的精準度，高速度的運算也能夠透過多次分析，提供更精確的結果，包括氣象預報、太空探索等。

 

Supercomputing（超級運算）有哪些應用？

Supercomputing（超級運算）的應用領域相當廣泛，主要應用場景可以分為科學研究、氣候模擬、生物醫學、工程和製造。

科學研究

Supercomputing（超級運算）可應用在物理、化學、天文學等多個科學領域，處理複雜的數學模型和大量的實驗數據。例如：量子科學領域，歐洲核子研究組織（CERN）處理大型強子對撞機（LHC）在實驗中產生的巨量數據，粒子對撞每秒產出的數據量高達 40TB，而透過 Supercomputing（超級運算）可以幫助科學家加速資料分析過程，推動人類科學發展的進程。

氣候模擬

透過 Supercomputing（超級運算）預測地球氣候的變化，包括全球變暖、極端氣候事件、海平面上升、自然災害等，幫助學者更了解全球氣候變化方向，並能提前做好防護措施。例如：台灣中央氣象署使用 Supercomputing（超級運算）進行氣象預測、颱風預測、海平面監控等。

生物醫學

Supercomputing（超級運算）可以分析大量的基因數據，幫助科學家進行基因研究，理解疾病的基因根源，並加速新藥物的研發，同時預測藥物的效果和副作用，能提升醫療體系的運作效率。例如：新加坡國立大學醫療體系利用Supercomputing（超級運算）來提升醫師的工作效率，包括處理病例、轉診單資料、分析病史、預測常見疾病的發展等。

工程和製造

在工程領域，Supercomputing（超級運算）可用於汽車、飛機、建築物的設計模擬、結構分析、流體動力學計算等，幫助提高設計效率。例如：F1 一級方程車賽事利用計算流體動力學來測試汽車的特性，在設計車輛時加入考慮更詳細的模擬細節，不僅有效降低 30% 的成本，更能提升比賽的刺激性。

 

Supercomputing（超級運算）與 AI 的關聯性

Supercomputing 和 AI 是一樣的意思嗎？

IBM 指出 Supercomputing（超級運算）與 AI 人工智慧本來就屬於兩種不同的領域，過去的超級電腦並非為 AI 所設計，簡單來說 AI 比較像是需要借助 Supercomputing（超級運算）的其中一種終端應用。

 

Supercomputing（超級運算）與 AI 差異
	Supercomputing（超級運算）	AI
簡介	高速運算的資料處理程序	用程式呈現人類智慧的技術
功能	資料處理、建立模型、模擬任務	模擬人類思考模式、執行進階功能
應用領域	科學研究、氣候模擬、生物醫學、工程和製造	醫療產業、商業領域、教育、金融、工程製造、交通
資料來源：IBM，作者整理

 

Supercomputing（超級運算）能為 AI 帶來哪些幫助？

隨著全球掀起生成式 AI 的浪潮，AI 模型已經能夠生成文字、圖片、影音等強大功能，其中 Supercomputing（超級運算）就為 AI 領域提供了很大的助力，例如：加速 AI 模型訓練、處理大量資料庫數據、實現 AI 在實際生活中的應用等，AI 使用的大型語言模型（LLM）數據量正快速的提升，參數量甚至已經破兆，在 Supercomputing（超級運算）的協助之下，大幅縮短了訓練 AI 所需的時間，讓 AI 能夠真正落實於醫療、金融、教育等領域之中。

Supercomputing（超級運算）與 AI 的發展

2023年 AI 相關應用受到 ChatGPT 影響而崛起，新興應用題材提供了強大的成長動能，包括 5G、物聯網、AIoT、自動駕駛、邊緣運算等領域，都為 AI 產業注入新的能量，而生成式 AI 背後不可或缺的推手就是 Supercomputing（超級運算），它不僅優化了 AI 的運算技術、大幅縮短了訓練 AI 所需的時間，更讓 AI 能夠實際運用到我們的生活當中，在大 AI 時代的浪潮之下，各國政府、全球各大企業都積極佈局 Supercomputing（超級運算）以及 AI 領域，例如：歐盟在 2023年宣布投入 1.5 億歐元打造 MareNostrum5，將應用在醫藥研發、疫苗開發、病毒擴散模擬及 AI 與大數據處理等。

 

結論

Supercomputing（超級運算）成為了人們解決許多重大問題的希望，透過高速運算、精準的大數據分析，Supercomputing（超級運算）已經被落實在科學研究、氣候模擬、生物醫學、工程製造等領域，而隨著 5G、物聯網、AIoT、自動駕駛、邊緣運算的崛起，Supercomputing（超級運算）成為了至關重要的角色，未來的成長性不容小覷。

 

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