Supercomputing 是什麼？一文带你看懂！

 

随着时代的变迁，人们正面临着史无前例的挑战，包括气候变迁、自然灾害与新型疾病等，这些问题的规模与复杂性日益提高，传统的问题解决方式已经无法负担，必须要仰赖 Supercomputing（超级运算）的技术，目前 Supercomputing（超级运算）已经应用在科学研究、工程设计、大数据分析等领域，接下来就让我们深入了解一下 Supercomputing（超级运算）吧！

 

Supercomputing（超级运算）是什麼？如何运作？

Supercomputing（超级运算）又称為 Supercomputer（超级电脑），是一种使用了大量中央处理器（CPU）和高速网路的资料处理程序，藉此达到大规模资料处理、高效能运算的能力。Supercomputing（超级运算）可能是一台伺服器，或是由数台伺服器组成资料中心等级的运算平台，运用 CPU 的特性，建立数百、数千个并行的工作节点来共同处理复杂的问题，并可能搭配擅长执行平行运算的图形处理器（GPU），创造普通电脑难以达到的运算速度、资料整合能力。

 

Supercomputing（超级运算）需要什麼设备？

Supercomputing（超级运算）的组成大致上可以分為软体与硬体，软体的部分由网路介面、远端显示通讯协定、统一介面、冷却和电源管理等核心元件组成，硬体则由 CPU、GPU、散热风散、记忆体、电源供应器等组成，以下简单介绍组成 Supercomputing（超级运算）的硬体设备。

CPU

CPU 中文為中央处理器，可以说是运算装置的大脑，CPU 负责处理电脑或作业系统中的指令与程序，会将处理核心运用在个别工作上，适合处理的工作类型广泛，包括一般计算、资料库运行等，Supercomputing（超级运算）透过使用大量的 CPU 来提高运算速度。

GPU

GPU 為中文图形处理器，是一种存在於电脑内用来执行绘图运算的微处理器，GPU 採用的平行运算架构简单、核心数量多，适合负责处理专精的工作，Supercomputing（超级运算）使用 GPU 来為 CPU 分担更精密的工作，提高运算速度。

散热风扇

Supercomputing（超级运算）的高速运算下会产生大量的热能，散热系统能够协助排热，以维持 CPU 的运作效能与寿命。

记忆体

由於大量的数据库资料需要记忆体作為存储工具，而高频宽记忆体（HBM）是由动态随机存取记忆体（DRAM）堆叠而成，再透过 3D 先进封装，来加大频宽与储存空间，在高速运算中被大量使用。

电源供应器

电源供应器的功能主要将标準交流电（AC）转换為低压稳定的直流电（DC），供给装置或设备使用，而 Supercomputing（超级运算）所需的电压与电供瓦数需求都更高，因此对於电源供应器有更高标準的要求。例如：全汉提供的两款工业型电脑电源 FSP3000-20FE、FSP2400-20FM，是 CRPS 标準的冗餘电源模块，提供高达 3,000 瓦以及 2,400 瓦的总电源容量，以及 PMbus 功能，使其能够与主板通信，适用於数据中心、工作站、通信、AI、工业自动化等。

 

Supercomputing（超级运算）有哪些优势？

Supercomputing（超级运算）主要拥有高速运算、能执行大数据分析、精确度更加提升等优势。

高速运算

Supercomputing（超级运算）使用了大量的 CPU，使其能够在短时间内处理大量计算任务， 运算的速度以每秒浮点运算次数（FLOPS）衡量，而 Supercomputing（超级运算）可以达到 Petaflops 的速度，等同於每秒一千兆浮点运算（10¹⁵），速度是个人电脑的百万倍以上，可以有效达到节省时间、节省成本费用、加速创新等优势。

大数据分析

大数据分析仰赖庞大的资料处理能力，企业的数据量大小可能从 TP、PB 到 EB 等级都有，而 Supercomputing（超级运算）可以在短时间内处理数千兆个资料点，并精準的进行必要的分析，从而帮助使用者做出更好的决策，包括节省时间、节省成本费用、加速产品开发、制定更精準的企业战略。

精确度更提升

高性能的计算资源可靠性更高，在进行资料分析或故障排除时，都能有更高的精準度，高速度的运算也能够透过多次分析，提供更精确的结果，包括气象预报、太空探索等。

 

Supercomputing（超级运算）有哪些应用？

Supercomputing（超级运算）的应用领域相当广泛，主要应用场景可以分為科学研究、气候模拟、生物医学、工程和製造。

科学研究

Supercomputing（超级运算）可应用在物理、化学、天文学等多个科学领域，处理复杂的数学模型和大量的实验数据。例如：量子科学领域，欧洲核子研究组织（CERN）处理大型强子对撞机（LHC）在实验中产生的巨量数据，粒子对撞每秒产出的数据量高达 40TB，而透过 Supercomputing（超级运算）可以帮助科学家加速资料分析过程，推动人类科学发展的进程。

气候模拟

透过 Supercomputing（超级运算）预测地球气候的变化，包括全球变暖、极端气候事件、海平面上升、自然灾害等，帮助学者更了解全球气候变化方向，并能提前做好防护措施。例如：台湾中央气象署使用 Supercomputing（超级运算）进行气象预测、颱风预测、海平面监控等。

生物医学

Supercomputing（超级运算）可以分析大量的基因数据，帮助科学家进行基因研究，理解疾病的基因根源，并加速新药物的研发，同时预测药物的效果和副作用，能提升医疗体系的运作效率。例如：新加坡国立大学医疗体系利用Supercomputing（超级运算）来提升医师的工作效率，包括处理病例、转诊单资料、分析病史、预测常见疾病的发展等。

工程和製造

在工程领域，Supercomputing（超级运算）可用於汽车、飞机、建筑物的设计模拟、结构分析、流体动力学计算等，帮助提高设计效率。例如：F1 一级方程车赛事利用计算流体动力学来测试汽车的特性，在设计车辆时加入考虑更详细的模拟细节，不仅有效降低 30% 的成本，更能提升比赛的刺激性。

 

Supercomputing（超级运算）与 AI 的关联性

Supercomputing 和 AI 是一样的意思吗？

IBM 指出 Supercomputing（超级运算）与 AI 人工智慧本来就属於两种不同的领域，过去的超级电脑并非為 AI 所设计，简单来说 AI 比较像是需要借助 Supercomputing（超级运算）的其中一种终端应用。

 

Supercomputing（超级运算）与 AI 差异
	Supercomputing（超级运算）	AI
简介	高速运算的资料处理程序	用程式呈现人类智慧的技术
功能	资料处理、建立模型、模拟任务	模拟人类思考模式、执行进阶功能
应用领域	科学研究、气候模拟、生物医学、工程和製造	医疗产业、商业领域、教育、金融、工程製造、交通
资料来源：IBM，作者整理

 

Supercomputing（超级运算）能為 AI 带来哪些帮助？

随着全球掀起生成式 AI 的浪潮，AI 模型已经能够生成文字、图片、影音等强大功能，其中 Supercomputing（超级运算）就為 AI 领域提供了很大的助力，例如：加速 AI 模型训练、处理大量资料库数据、实现 AI 在实际生活中的应用等，AI 使用的大型语言模型（LLM）数据量正快速的提升，参数量甚至已经破兆，在 Supercomputing（超级运算）的协助之下，大幅缩短了训练 AI 所需的时间，让 AI 能够真正落实於医疗、金融、教育等领域之中。

Supercomputing（超级运算）与 AI 的发展

2023年 AI 相关应用受到 ChatGPT 影响而崛起，新兴应用题材提供了强大的成长动能，包括 5G、物联网、AIoT、自动驾驶、边缘运算等领域，都為 AI 产业注入新的能量，而生成式 AI 背后不可或缺的推手就是 Supercomputing（超级运算），它不仅优化了 AI 的运算技术、大幅缩短了训练 AI 所需的时间，更让 AI 能够实际运用到我们的生活当中，在大 AI 时代的浪潮之下，各国政府、全球各大企业都积极佈局 Supercomputing（超级运算）以及 AI 领域，例如：欧盟在 2023年宣布投入 1.5 亿欧元打造 MareNostrum5，将应用在医药研发、疫苗开发、病毒扩散模拟及 AI 与大数据处理等。

 

结论

Supercomputing（超级运算）成為了人们解决许多重大问题的希望，透过高速运算、精準的大数据分析，Supercomputing（超级运算）已经被落实在科学研究、气候模拟、生物医学、工程製造等领域，而随着 5G、物联网、AIoT、自动驾驶、边缘运算的崛起，Supercomputing（超级运算）成為了至关重要的角色，未来的成长性不容小覷。

 

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