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Take Home Message
• 超級電腦的核心為平行運算技術，透過大量處理器核心同時進行運算，能在極短時間內完成龐大的數據處理。
• 臺灣自1990 年代開始發展超級電腦，國網中心在30 年來建置超過30 座超級電腦，其中逾20 座進入全球TOP 500 超級電腦排行榜。
• 「台灣杉」系列超級電腦在氣候模擬、COVID-19 研究、AI 發展上有重要貢獻，未來將朝向百萬兆級運算發展，強化科研競爭力。

電腦的運算是處理各種數據、執行程式的過程，從簡單的加減法到複雜的模擬、分析，都屬於電腦運算的範疇。在電腦科學中，當電腦做出一個運算過程，我們會將它稱為一次浮點運算（floating-point）。而我們在日常生活中使用的電腦處理器，其實已經能處理大量資料，但當極大規模的數據運算需求出現，例如天氣預測、基因定序或大型物理模擬，普通電腦的效能便難以應對。這時就需要「超級電腦」（supercomputer）的強大算力！一般來說，當運算速度超過十億次每秒浮點運算（floating-point operations per second, FLOPS），或單一大型主機擁有成千上萬個處理器核心且能同時運算，該電腦就可以被稱為超級電腦。

臺灣的超級電腦發展

臺灣的超級電腦發展始於1990 年代，當時由於國內大專院校在氣候模擬、生物醫學、工程設計等領域的研究需求不斷增長，超級電腦的運算能力變得至關重要。然而，由於這些設備的建置成本非常昂貴，無法單靠學術單位負擔。於是，臺灣大學的教授發起請願，呼籲政府支持超級電腦建設。經過評估後，政府於1991 年成立了國家高速電腦中心，而它也成為國家高速網路與計算中心（簡稱國網中心）的前身，專注於高效能計算技術的研究和應用，並幫助國內科研機構突破運算瓶頸。

在過去30 年裡，國網中心建置超過30 座超級電腦，其中約超過20 座曾登上全球TOP 500 超級電腦排行榜（延伸閱讀1）。在1990 年代，臺灣超級電腦的技術大多來自國外，例如國際商業機器公司IBM（International Business Machines Corporation）、科技公司惠普（Hewlett-Packard Company, HP）等國際供應商。不過從2000 年代開始，國網中心透過實作與技術的積累，逐漸發展出自有的超級電腦系統，像是福爾摩沙（Formosa）系列，在全球排行榜上取得不俗的成績。而在2017 年建置的「台灣杉二號」（Taiwania 2）超級電腦，更是首次由國內企業合作完成，並在全球TOP 500 超級電腦排行榜中達到第20 名，成為臺灣自製超級電腦的里程碑。

超級電腦的強大處理器－解密運算之王

超級電腦的處理器核心概念是「平行運算」，就像是將大量貨物分裝到多輛車上，然後同時出發、運送。相較於使用單輛車一次運送所有物品，這樣的方式能大幅提升運送效率。同樣地，超級電腦能將複雜的運算問題拆解成無數個小部分，分配給各個處理器同時進行計算，從而縮短總處理時間。這種分工合作的模式，使得超級電腦能夠在極短時間內完成龐大的數據運算。

而超級電腦之所以能完成龐大的運算效能，主要原因在於它具有眾多處理器核心。每個處理器核心都像是一個獨立的運算單位，能處理一部分的計算任務。因此當有成千上萬個處理器核心同時運算時，整體效率便會大幅提升。此外，超級電腦中的每個處理器核心都負責不同計算工作，從而加速運算過程。這就是為什麼超級電腦能平行地執行大量任務，以及應對氣候模擬、基因分析或物理模擬等需要大量數據處理的複雜問題。

在超級電腦中，處理器核心主要分為兩種類型：中央處理器（Central Processing Unit, CPU） 和圖形處理器（Graphics Processing Unit, GPU），兩者在處理不同類型的任務時各有所長。

CPU適合用於複雜邏輯和高精度運算的任務， 例如氣候建模、基因組（genome） 分析、物理模擬。而GPU 則擅長處理大量重複的簡單運算， 這使它非常適合用於人工智慧（artificial intelligence, AI）、機器學習、圖形渲染（graphics rendering）等需要大量平行處理的應用。因此，要使用哪一種超級電腦，取決於所需處理的任務類型和計算需求。……【更多內容請閱讀科學月刊第659期】