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單位	設施名稱
中央氣象署	第 6 代高速運算電腦
國家高速網路中心	晶創 26、臺灣杉二號（TAIWANIA 2）、台灣杉三號（Taiwania 3）、創進一號
NVIDIA	Taipei-1（高雄軟體園區）

2 HPC 於氣象領域的應用

氣象方程式 → 超級電腦運算 → 預估大氣變化
   (表達)         (運算)         (預估)

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。

3 HPC 四大核心系統

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]

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

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

6 詞彙表

縮寫	全稱	中文
HPC	High Performance Computing	高速運算電腦
PFlops	Peta Floating-point Operations Per Second	每秒千兆次浮點運算
CPU	Central Processing Unit	中央處理器
GPU	Graphics Processing Unit	圖形處理器
NVMe	Non-Volatile Memory Express	非揮發性記憶體快速存取協定
SSD	Solid State Drive	固態硬碟
PUE	Power Usage Effectiveness	電源使用效率
InfiniBand	—	高頻寬低延遲互連技術
TofuD	—	Fujitsu 6-Mesh/Torus 互連拓撲
DDN	DataDirect Networks	高效能儲存供應商
FEFS	Fujitsu Exabyte File System	富士通 EB 級檔案系統
OSS/OST	Object Storage Server / Target	物件儲存伺服器 / 目標
CDU	Coolant Distribution Unit	冷卻液分配單元
A64FX	—	Fujitsu Arm 架構 HPC 處理器

7 總結摘要

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：運算單元（CPU 處理複雜邏輯 + GPU 大量平行運算）、高速網路（InfiniBand 200G 互連）、儲存平台（三層架構：NVMe 暫存 → 快取 → PB 級大容量）、冷卻系統（浸沒式液冷降低 PUE）。

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 12 PFlops，儲存容量 10 PB，是數值天氣預報與 AI 模型訓練的運算基石。