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| <title>資訊系統與開源環境 — CWA AI Knowledge Hub</title> | |
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| <span class="text-lg font-bold text-white">🖥️ 資訊系統與開源環境</span> | |
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| <h3 class="text-xs uppercase tracking-wider text-slate-500 mb-3">目錄</h3> | |
| <div id="toc-links" class="space-y-1"></div> | |
| </aside> | |
| <!-- Main Content --> | |
| <main class="lg:ml-60 pt-20 pb-16 px-4"> | |
| <article class="max-w-4xl mx-auto prose prose-invert"> | |
| <h1 class="text-3xl md:text-4xl font-bold text-white mb-6 mt-2">分組 7（原分組 6）— 資訊系統與開源環境：高速運算電腦科普篇</h1> | |
| <blockquote class="my-4"><strong>講者</strong>：莊惟然（數值資訊組）<br><strong>頁數</strong>：14<br><strong>原始檔案</strong>：<code>raw_data/分組6_資訊系統與開源環境.pdf</code></blockquote> | |
| <hr class="border-slate-700 my-8"> | |
| <div class="mt-12 mb-4"> | |
| <h2 id="section-1" class="text-2xl font-bold text-cwa-400 border-b border-slate-700 pb-2">1 什麼是高速運算電腦（HPC）？</h2> | |
| </div> | |
| <p class="my-3 leading-relaxed"><strong>High Performance Computing（HPC）</strong> 的核心特性：</p> | |
| <ul class="list-disc list-inside space-y-1 my-3"> | |
| <li>由多個計算節點組成，進行<strong>平行運算</strong></li> | |
| <li>每個節點擁有自己的處理器、記憶體與儲存空間</li> | |
| <li>提供比單一桌面或伺服器更高的效能</li> | |
| <li><strong>優勢</strong>：短時間內處理及分析大量資料</li> | |
| <li><strong>算力單位</strong>：PFlops（Peta Floating-point Operations Per Second）</li> | |
| </ul> | |
| <h3 class="text-xl font-semibold text-slate-100 mt-8 mb-3">1.1 應用領域</h3> | |
| <p class="my-3 leading-relaxed">大氣科學、物理、化學、數學、工程、生命科學、醫療</p> | |
| <h3 class="text-xl font-semibold text-slate-100 mt-8 mb-3">1.2 臺灣自建 HPC 設施</h3> | |
| <div class="overflow-x-auto my-4"><table> | |
| <tr><th>單位</th><th>設施名稱</th></tr> | |
| <tr><td>中央氣象署</td><td><strong>第 6 代高速運算電腦</strong></td></tr> | |
| <tr><td>國家高速網路中心</td><td>晶創 26、臺灣杉二號（TAIWANIA 2）、台灣杉三號（Taiwania 3）、創進一號</td></tr> | |
| <tr><td>NVIDIA</td><td>Taipei-1（高雄軟體園區）</td></tr> | |
| </table></div> | |
| <hr class="border-slate-700 my-8"> | |
| <div class="mt-12 mb-4"> | |
| <h2 id="section-2" class="text-2xl font-bold text-cwa-400 border-b border-slate-700 pb-2">2 HPC 於氣象領域的應用</h2> | |
| </div> | |
| <pre><code class="language-">氣象方程式 → 超級電腦運算 → 預估大氣變化 | |
| (表達) (運算) (預估) | |
| </code></pre> | |
| <p class="my-3 leading-relaxed">HPC 是數值天氣預報（NWP）的基石 — 將大氣物理方程式離散化後，以巨量格點進行數值積分。</p> | |
| <hr class="border-slate-700 my-8"> | |
| <div class="mt-12 mb-4"> | |
| <h2 id="section-3" class="text-2xl font-bold text-cwa-400 border-b border-slate-700 pb-2">3 HPC 四大核心系統</h2> | |
| </div> | |
| <pre><code class="language-"> | |
| ### 3.1 運算單元：CPU vs GPU | |
| | 特性 | CPU（全能型工程師） | GPU（超多工工人團隊） | | |
| |------|---------------------|----------------------| | |
| | 擅長 | 分支預測、條件判斷、複雜演算法、序列計算 | 大規模平行運算、矩陣/向量計算 | | |
| | 用途 | 協調整體系統運作 | AI 模型訓練與推論、科學模擬、圖像處理 | | |
| | 角色 | 處理複雜邏輯 | 專注大量平行運算 | | |
| ### 3.2 高速網路：6 大 I/O 介面 | |
| AI 驅動資料中心 I/O 加速進化，6 大 I/O 介面同步世代交替（ITHOME 報導）。 | |
| ### 3.3 儲存系統：三層架構 | |
| | 層級 | 技術 | 特性 | | |
| |------|------|------| | |
| | **高速暫存層** | SSD / NVMe 快閃記憶體 | 數 GB/s 讀寫；儲存熱資料與頻繁存取檔案 | | |
| | **快取層** | 中間緩衝層 | 平衡速度與容量，確保存取流暢 | | |
| | **大容量儲存層** | 硬碟陣列 / 磁帶系統 | PB 級容量；長期保存原始資料、歷史紀錄與備份 | | |
| 整體儲存能力： | |
| | 指標 | 數值 | | |
| |------|------| | |
| | 平行存取 | 支援數千節點同時讀寫 | | |
| | 讀寫速度 | 高達 TB/s | | |
| | 總容量 | 數 PB 至數十 PB | | |
| | 資料保護 | 多重備份與錯誤修正 | | |
| ### 3.4 冷卻系統：浸沒式液冷 | |
| - **核心機制**：將伺服器整機或關鍵元件直接浸泡在絕緣冷卻液中 | |
| - 適用對象：高功耗 HPC、高效能 GPU、AI 伺服器 | |
| - **優點**： | |
| - 降低機房空調需求，減少 **PUE**（Power Usage Effectiveness） | |
| - 降低噪音、減少機械風扇故障 | |
| - 延長硬體壽命、提升穩定度 | |
| --- | |
| ## 4 本署高速運算電腦發展歷程 | |
| 氣象署歷經多代 HPC 升級，從早期系統演進至現行第 6 代高速運算電腦。 | |
| --- | |
| ## 5 第 6 代高速運算電腦規格 | |
| ### 5.1 CPU 區 | |
| | 項目 | 規格 | | |
| |------|------| | |
| | CPU | 台積電 7 nm 製程 **Arm 架構 A64FX** 2.2 GHz / 48 Core | | |
| | 節點數 | 384 Node × 15 櫃 → **5,760 顆 CPU** | | |
| | 算力 | **10 PFlops** | | |
| | 互連 | TofuD（6-Mesh/Torus） | | |
| | 記憶體總量 | 180 TiB | | |
| ### 5.2 GPU 區 | |
| | 項目 | 規格 | | |
| |------|------| | |
| | GPU | **NVIDIA A100** | | |
| | 數量 | 24 台 × 8 張 = **192 張** | | |
| | 算力 | **2 PFlops** | | |
| | 互連 | InfiniBand HDR200 | | |
| | 網路 | 100 Gbps Ethernet | | |
| ### 5.3 高速網路 | |
| - NVIDIA InfiniBand 200G × 18 台 | |
| - 串接 CPU 與 GPU 於 DDN 上 | |
| ### 5.4 儲存平台 | |
| - **FEFS + DDN 儲存系統** | |
| - Storage Capacity：1 PB × 10 台 OSS/OST | |
| - 提供高效能及高擴展性 | |
| ### 5.5 冷卻 | |
| - **CDU 水冷分熱交換器** | |
| <div class="mermaid my-6 bg-slate-900 p-4 rounded-lg overflow-x-auto"> | |
| graph TD | |
| HPC[高速運算電腦] --> A[運算單元<br/>CPU + GPU] | |
| HPC --> B[高速網路<br/>節點間即時交換資料] | |
| HPC --> C[儲存平台<br/>輸入/中間/輸出資料] | |
| HPC --> D[冷卻系統<br/>維持溫度穩定] | |
| </div> | |
| graph LR | |
| subgraph CPU區 | |
| A[Arm A64FX × 5,760<br/>10 PFlops<br/>TofuD 互連] | |
| end | |
| subgraph GPU區 | |
| B[NVIDIA A100 × 192<br/>2 PFlops<br/>InfiniBand HDR200] | |
| end | |
| subgraph 儲存 | |
| C[DDN FEFS<br/>10 PB<br/>TB/s 吞吐] | |
| end | |
| subgraph 冷卻 | |
| D[CDU 水冷<br/>熱交換器] | |
| end | |
| A <-->|InfiniBand 200G| C | |
| B <-->|InfiniBand 200G| C | |
| D -.-> A | |
| D -.-> B | |
| </code></pre> | |
| <hr class="border-slate-700 my-8"> | |
| <div class="mt-12 mb-4"> | |
| <h2 id="section-4" class="text-2xl font-bold text-cwa-400 border-b border-slate-700 pb-2">6 詞彙表</h2> | |
| </div> | |
| <div class="overflow-x-auto my-4"><table> | |
| <tr><th>縮寫</th><th>全稱</th><th>中文</th></tr> | |
| <tr><td>HPC</td><td>High Performance Computing</td><td>高速運算電腦</td></tr> | |
| <tr><td>PFlops</td><td>Peta Floating-point Operations Per Second</td><td>每秒千兆次浮點運算</td></tr> | |
| <tr><td>CPU</td><td>Central Processing Unit</td><td>中央處理器</td></tr> | |
| <tr><td>GPU</td><td>Graphics Processing Unit</td><td>圖形處理器</td></tr> | |
| <tr><td>NVMe</td><td>Non-Volatile Memory Express</td><td>非揮發性記憶體快速存取協定</td></tr> | |
| <tr><td>SSD</td><td>Solid State Drive</td><td>固態硬碟</td></tr> | |
| <tr><td>PUE</td><td>Power Usage Effectiveness</td><td>電源使用效率</td></tr> | |
| <tr><td>InfiniBand</td><td>—</td><td>高頻寬低延遲互連技術</td></tr> | |
| <tr><td>TofuD</td><td>—</td><td>Fujitsu 6-Mesh/Torus 互連拓撲</td></tr> | |
| <tr><td>DDN</td><td>DataDirect Networks</td><td>高效能儲存供應商</td></tr> | |
| <tr><td>FEFS</td><td>Fujitsu Exabyte File System</td><td>富士通 EB 級檔案系統</td></tr> | |
| <tr><td>OSS/OST</td><td>Object Storage Server / Target</td><td>物件儲存伺服器 / 目標</td></tr> | |
| <tr><td>CDU</td><td>Coolant Distribution Unit</td><td>冷卻液分配單元</td></tr> | |
| <tr><td>A64FX</td><td>—</td><td>Fujitsu Arm 架構 HPC 處理器</td></tr> | |
| </table></div> | |
| <hr class="border-slate-700 my-8"> | |
| <div class="mt-12 mb-4"> | |
| <h2 id="section-5" class="text-2xl font-bold text-cwa-400 border-b border-slate-700 pb-2">7 總結摘要</h2> | |
| </div> | |
| <p class="my-3 leading-relaxed">本簡報由數值資訊組莊惟然介紹 HPC 科普知識與氣象署第 6 代高速運算電腦。HPC 由四大核心系統組成：<strong>運算單元</strong>（CPU 處理複雜邏輯 + GPU 大量平行運算）、<strong>高速網路</strong>（InfiniBand 200G 互連）、<strong>儲存平台</strong>（三層架構：NVMe 暫存 → 快取 → PB 級大容量）、<strong>冷卻系統</strong>（浸沒式液冷降低 PUE）。</p> | |
| <p class="my-3 leading-relaxed">氣象署第 6 代 HPC 採用 Arm 架構 A64FX 處理器 5,760 顆（10 PFlops）搭配 192 張 NVIDIA A100 GPU（2 PFlops），總算力達 <strong>12 PFlops</strong>，儲存容量 10 PB，是數值天氣預報與 AI 模型訓練的運算基石。</p> | |
| </article> | |
| </main> | |
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