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高效能運算 催動創新應用

台灣民間首座HPC基地。鴻海/提供
台灣民間首座HPC基地。鴻海/提供

本文共1628字

經濟日報 楊中傑

高效能運算(HPC)隨著半導體製程精進,處理器算力持續突破,在AI等資料分析與預測技術導入下,雲端資料中心提供高效能、高效率的雲原生環境,進而協助產業發展各項創新應用。

隨著晶圓代工服務成熟,過去傳統大廠把持的IC製造能量,由台韓廠商協助釋放給所有需要的IC設計業者,以提供更高階的製程,創造更低耗電但更高算力的處理器,促成相關企業得以翻轉,例如AMD放棄製造,改以台積電先進製程創造產品競爭優勢。對台灣半導體產業而言,HPC已成為近幾年產業營收成長的重要驅動力,從手機、PC、伺服器乃至自駕車所需的AI運算等。

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資策會MIC將高效能運算定義為「藉由多個運算單元的強化、連結與拓墣設計,完成高密集資訊與數據的運算、分析與模擬,據以實現更高運算能力、能耗效率的運算基礎設施」。基於處理器技術革新,具備更多的核心數與更高的記憶體頻寬、加快傳輸速度與可擴充性與效能、並強化與AI機器學習(ML)的對接。

這些強化的運算能力,可協作自駕車所需複雜的在地運算,或處理器車內部影音娛樂服務等,但不致於耗損大量電力;在伺服器運作及雲端服務上,增強伺服器的可擴充性也創新超級電腦設計,以算力協助企業、科研機構提出新解決方案;在雲端中持續提高執行大型、複雜模擬和深度學習工作負載。

透過高效能運算的環境,天氣預測上可加速氣候建模,精準預測大氣動態;金融服務可加快高頻交易與精準處理欺詐檢測;產品設計可縮短模擬測試,加速設計流程;生命科學是因應藥物或疫苗發展需求,提供高效能運算;媒體娛樂上,讓視聽節目與數位內容減少製作時程;日常應用則提供零售通路進行精準行銷,促進購買。

過去高效能運算多半應用在科學研究,但因應整個基礎環境與行動網路完備,個人裝置發展上也應運而生,例如元宇宙概念下的VR頭盔,過去需要連結一大堆的線借助PC算力,由於處理器精進,Oculus Quest 2或HTC VIVE FLOW這種無線連結的VR頭盔熱賣,並帶動周邊及軟體的銷售。

資策會預測,2022年在高效能運算發展下,將對半導體及資訊產業帶來四大影響。第一、先進製程/封裝技術點燃產業創新之火:先進製程持續推進,晶片邁向更高元件密度、更高運算效能,也帶動AI、自駕車與邊緣運算等高效能運算應用發展。透過先進封測技術,整合感測、分析、通訊、驅動等多重功能,滿足多元應用服務需求,協力產業創新。因應應用服務端不同需求,晶片將透過先進封裝整合多元功能,可預見封測業者、終端產品業者與應用服務解決方案業者將更密切合作,形成新的產業創新生態體系。

第二、使用體驗當道,產品設計從晶片設計與資安出發:隨著AIoT技術逐漸成熟,企業對消費者/使用者數據分析的需求與能力提高,對於硬體產品設計考量不再單純以規模經濟為主,也重視使用者體驗,針對使用者需求進行產品(包含硬體架構與軟體應用)設計的優化,故提高自研晶片之比例與資安合規的關注程度。

第三、資料中心智慧化、混合式IT架構成形:隨著各類高運算力處理器的開發與連結,加上AI導入雲端伺服器,資料中心變更高效率、更高效能與更智慧化;微服務、分散式架構成熟,邊緣運算叢集在臨場形成有別傳統集中化運算與儲存服務。眾多發展趨勢相互牽引,實現高效能、分散、混合式的IT架構。在此發展下,雲端走向分散架構,而部署雲端服務的微型數據中心等IT硬體將會更多。

第四、數據共通驅動產業新興應用發展:疫情及碳中和目標驅動巨量資料數據交換與共享需求遽增,全球雲端服務大廠或政府積極探討或導入共通應用數據的統一交換標準,衍生相關新興應用發展,如醫療領域導入FHIR標準及歐盟GAIA-X開放式數據基礎建設等。

高效能運算的發展為產業帶來創新的突破,也是基於台灣半導體專業代工的經營模式發展,推倒過去大廠獨占設計、製造、封測的高牆,讓有IC設計能力的企業,能自行設計晶片並與代工廠合作,加速晶片發展的時程,進而創造新興應用的推陳出新,讓產業供給與市場需求達成正向循環。

(作者是資策會MIC資深產業顧問)

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