黃吉川觀點:無硝煙的戰爭─全球「計算科學」的霸權事業

2022-09-11 07:10

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圖(二)、飛行流體力學例子。(a) 整部飛機的飛行空氣動力分佈圖  (b)  二維機翼截面流力分佈。
圖(二)、飛行流體力學例子。(a) 整部飛機的飛行空氣動力分佈圖 (b) 二維機翼截面流力分佈。

在今年(2022年)8月12日,國際超級電腦年會(SC22)剛剛公佈,本屆1E等級超級電腦計算之成果的 Gordon Bell 獎項,總共有六個團隊獲獎,其分別有使用中國、美國以及日本的超級電腦等設備,相關研究內容簡述如下。

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其一是中國的神威海洋之光團隊,硬體規模不公開(怕美國過度反應),目前估計計算力有1.05 E,其以量子化學計算250萬顆金屬原子組成之材料的物理化學特性。而百萬顆原子等級的模擬可參考如圖(三)所示。一般學術界研發能做到幾百顆原子的量子化學計算,已算很費力了。而其能將計算量衝到那麼高,則日後材料工業,就可從微觀的層次來設計出特殊的新材料,而將實驗驗證及製造放在之後來進行。

其二是美國橡樹林國家實驗室(Ork Ridge National laboratory)團隊利用世界排名第一的超級電腦先鋒號(Frontier,計算力達1.1 E),來做一千兆等級數量的資料探勘問題,資料間的關聯性可用網路分布方式來表示,如圖(四)所示。他們改良的演算法在大數據分析上具有重大的突破性。

其三是由日本東京大學教授引領的研發團隊利用日本富岳超級電腦 (計算力達0.442E ),在地震模式計算中加入隨機因子,使地震震預測的凖確性,大大地提高,相同的軟體程式,日本富岳超級電腦,比美國頂峯(SUMMIT)超級電腦快17倍(這是美日合作的課題)。

其四是美國能源部下屬勞倫斯伯克利國家實驗室團隊利用頂峯超級電腦(SUMMIT,計算力有0.148 E),使用超過兩萬片的GPU加速卡,來比對蛋白質三維結構間的相似性。如圖(五)所示可看出蛋白質 A跟B經比對後發現有結構間的相似性以及不相似性。而在蛋白質資料庫(PDB database, https://www.rcsb.org/)中有4億5百萬筆巨量資料,他們只花了3.5小時,就完成所有比對工作。

其五是由美國的Perlmutter (計算力有0.07E)、頂峯 (計算力有0.148 E) 及日本富岳的超級電腦 (計算力有0.442E),共同合作研究電射光和物質的相互作用。如圖(六)所示為其他研究電射光和不同物質間的相互作用示意圖。在此計算模型中是將整體系統分割成大量等分 3 維方格,在此微小的方格內,用統計力學結合電磁學軟體來預測光和帶電離子(電漿狀能)的各種效應,爾後整合各方格內的相互關係,一步一步算出結果。這是開發高能粒子加速器和電射武器中最重要的核心知識。

圖(六)、雷射光與物質間相互作用示意圖 。(a) 模擬雷射光與玻璃  (b)模擬雷射光與氙原子固體。
圖(六)、雷射光與物質間相互作用示意圖 。(a) 模擬雷射光與玻璃 (b)模擬雷射光與氙原子固體。

最後是日本富岳超級電腦 (計算力達0.442E) 和沙烏地阿拉伯之阿卜杜拉國王大學合作,研究的題目為,利用改良的演算法來提昇全球地理資料的建構及預測,因軟硬體的整合,其結果比傳統的方法,提昇約12倍的效率。

在公佈這些獎項後,國際超級電腦會議,已訂出下一屆的題目,為有關冠狀病毒之各種研究,其內容為基因、蛋白質、病毒、疫苗、臨床治療、感染模式以及防疫策略等課題。

從以上的介紹,大家可以感受到美日和中國之間,都以超級電腦之計算力,在各尖端領域相互競爭,這可説是一場無硝煙的戰爭,也是國家研發能力的霸權事業,其競爭之激烈程度,比之經濟戰實有過之而無不及。

台灣每年和中國間的貿易有上千億美元之出超,幾十年下來所累積的財富可能達幾兆美金規模,那麽這些錢要如何應用,就很值得大家深思。當社會喪失向上提昇研發的能力時,未來就很難維持這種順差的利潤,他山之石可以攻錯,若只知一昧炒作土地,那後代子孫將如何看待我們?

*作者為成大講座教授

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