成大團隊研發(fā)新一代網(wǎng)路拓樸 超越美中日之超級電腦的技術(shù)
黃吉川教授帶領學生參加高速運算暨人工智慧學生競賽，年年獲獎。照：國立成功大學提供
國立成功大學工程科學系講座教授黃吉川帶領團隊歷經(jīng)10年的努力，研發(fā)出名為「平等拓樸 （Equality topology）」的高效率網(wǎng)路拓樸架構(gòu)，不僅成功取得歐盟、美國、日本、中國、韓國以及中華民國等國專利，去年12月底也發(fā)表在國際期刊《The Journal of Supercomputing》，篇名為 ”Performance evaluation of muti-exaflops machines using Equality network topology”。此網(wǎng)路拓樸可設計出超越10E等級以上的高效率超級電腦，針對目前美國、中國、歐盟及日本在競爭建置1E（約1000萬臺桌機的計算力）等級的超級電腦，是一突破性的關(guān)鍵核心技術(shù)。
在設計與建置超級電腦中，網(wǎng)路拓樸架構(gòu)是極其重要的一環(huán)，攸關(guān)整體架構(gòu)的計算效能。成大工科系講座教授黃吉川指出，超級電腦中的伺服器就像是生產(chǎn)商，而交換器¬像是通路商，若通路商的交通運輸狀況不佳，則縱使產(chǎn)品生產(chǎn)再多，也無法順暢銷售賺取利潤。因此交換器的串接效率，將決定整座超級電腦的總計算力是否能順利提升。
「網(wǎng)路拓樸如同整過國家道路系統(tǒng)規(guī)劃，而我們的網(wǎng)路拓樸就是在交通規(guī)則上，比別的拓樸方便且更有流通效率。」黃教授表示，成大團隊研發(fā)的「平等拓樸」概念就是在一個圓圈中進行佈點，每個點就是一臺交換器，平等拓樸的特色是每個節(jié)點對外所看到的世界都是一模一樣，大家都是「平等」出發(fā)，即其具有高度的對稱性，方便交通路由表的建置與讀取。
對比目前市佔率達5成以上的胖樹（Fat-tree）拓樸，交換器需要上下層層尋找兩臺伺服器間的串接線路才能進行溝通。平等拓樸從小系統(tǒng)到幾10 E等級之超級電腦或雲(yún)端中心的建置驗證中，其模擬效率均勝過其他網(wǎng)路拓樸，即贏過市面普遍使用的胖樹拓樸以及3D、5D環(huán)（Torus）的網(wǎng)路拓樸。平等拓樸還具有高度的擴展性，能夠串接百萬個計算節(jié)點以上，此技術(shù)可建置出Zetta （1000E）等級的超級電腦，這是未來全球在競爭高科技研發(fā)設計產(chǎn)業(yè)中最重要的核心利器。
黃吉川教授（右2）與學生團隊。照：國立成功大學提供
談起當初踏入超級電腦領域，黃吉川教授說：「應該算是從一個失敗的教訓中找到突破點。」2002年，時任成大教務長的黃吉川教授經(jīng)手國科會補助的跨國頂尖計畫，要和美國IBM華生研究中心合作建置第三代藍色基因超級電腦。雖然該計畫最後被迫終止，沒能順利買進超級電腦，但黃吉川教授也因為該計畫認識在紐約州立大學石溪分校任教的鄧越凡教授，當時鄧教授在交換器串接上遇到了瓶頸，最後是成大團隊想出解決方案，也成為了他們開創(chuàng)超級電腦事業(yè)的契機。
然而，進入超級電腦領域的門檻很高，想闖出一番局面並不是一件簡單的事。黃吉川教授指出，即使放眼到美國、中國及日本，加起來應該也不超過千人能理解這些網(wǎng)路拓樸的核心技術(shù)，因此當初論文在送審時，著實花了黃吉川團隊相當大的力氣與時間。再者，超級電腦的設備動輒數(shù)千萬起跳，更遑論每年的專利維持費、論文發(fā)表費以及人力成本等，對學校團隊來說，都是很大的負擔。成大團隊花了7、8年的時間才產(chǎn)出這篇期刊論文，對於一切辛苦，黃吉川教授認為：「因為我知道這是很大的突破，此技術(shù)將有機會改變?nèi)祟惪萍細v史，所以從不曾想過要放棄」。
漫漫研發(fā)路上，雖然走來波折不斷，但黃吉川教授也十分感念多年來各企業(yè)、單位的支持，讓這項研究得以開花結(jié)果。黃吉川教授首先要感謝當初國科會以及美國空軍科學研究辦公室（AOARD）的計畫補助，讓他有機會接觸超級電腦的核心技術(shù)，更感謝華碩（ASUS）曾提供64臺伺服器，讓成大團隊得以熟悉網(wǎng)路串接的試驗。最重要的是感謝無極超電公司和達運光電，長期贊助支援產(chǎn)學合作案經(jīng)費，讓人才得以持續(xù)留在成大完成此網(wǎng)路拓墣的研發(fā)成果。最後要感謝成大工科系研發(fā)基金會以及技嘉科技公司，長期支援成大團隊組隊參加高速運算暨人工智慧學生競賽，其成果年年獲獎，在亞太區(qū)共計得到2次冠軍 、3次亞軍 、2次季軍及3次優(yōu)等獎，而最大的競爭對手是臺灣的清華大學以及中國的清華大學。
超級電腦是國家科研的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，美國在2016年開始禁止超級電腦的相關(guān)產(chǎn)業(yè)輸入中國，而中國也跟著管制其超級電腦核心技術(shù)的外流，雙方都把超級電腦視為高科技的競爭事業(yè)。因為在國防科技、地質(zhì)、氣象、石油勘探、汽車、航空、太空、化工、製藥及人工智慧等領域，均需要超級電腦來計算研發(fā)。黃吉川教授指出，目前全世界超級電腦一年市場規(guī)模約200億美金，而雲(yún)端中心則高達2000億美金左右。目前成大團隊已經(jīng)和日本富士通公司簽約完成，預計今年３月將進行「氣象局的研究型系統(tǒng)」的實機測試，也陸續(xù)和其他公司洽談合作商機。黃吉川教授也認為，這項世界級的突破，無論是在市場商機還是國家科技戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)都有極大發(fā)展的機會，他最大的希望就是能將這項技術(shù)好好的根留臺灣，進而建立一座新的護國神山產(chǎn)業(yè)。
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