国网中心主任张朝亮：以HPC强化大数据 协助科技创新、产业升级

高速运算技术在先进国家获得重视，广泛应用在科技创新、商业大数据运算以及航太领域等方面。台湾的财团法人国家实验研究院国家高速网络与计算中心(国网中心)也以高速网络基础建设和运算能力提供学界与产业重要的高速运算资源。新任国网中心主任由美国太空总署兰利研究计算中心计算航空科学部门资深研究员张朝亮于4月回国担任。DIGITIMES专访张朝亮，了解他将如何运用NASA的经验来带领国网中心，以及他对高速运算技术未来发展的展望。

问：主任原先是学机械工程，后来却走上航太流体力学与工程软件设计的专业，当初是什麽机缘做这样的跨领域发展？又为何决定放下美国的一切回台湾服务？

我在台湾成长，从年轻时就一直希望能有机会回来贡献心力，可是却一辈子都在帮美国人做事，刚好有这个机会，因此就抓住了。如果再等几年退休后再回来，我已经老了，可能已经没有体力做任何事。It’s now or never!　

我读台大机械系三年级时修习流体力学这门课，教授推荐我们看麻省理工学院教授A. H. Shapiro所写的流体力学科普着作，我对此书为之着迷，发现流体力学其实是数学与物理完美的结合，可以用数学模型完整的解释很多问题，让我觉得简直就是上天赐下给人类的礼物，是我喜爱流体力学的原因。

至于为什麽我会走上软件领域，其实我成长的时代，电脑并不发达，也没有修过任何软件设计的课，但在研究所时接触到福传(Fortran)程序语言，产生了浓厚的兴趣，借了一本书，设计了一个猜四个数字的程序。一个简单的程序竟然花一个月才测试完成，结果每个都是对的，让我非常兴奋。念研究所时，开始接触计算的程序语言，就更认真地去学，也很有成就感，因此找到了真正的兴趣。这两样学问结合在一起，就变成了所谓的计算流体力学。这就是我后来到美国念博士，并且到美国太空总署就业，主要做的项目。

问：高速网络与计算中心的愿景是在「成为国际级高速计算中心，促成科学发现与技术创新」；过去聚焦在环境与灾防、生物医学、科学与工程、数码文创等云端应用领域，进行深度学习、人工智能等前瞻创新应用技术与服务研发上。您觉得它在担任赋能者的角色上还有哪些可以发挥的新领域和空间？未来您会在国网中心推进那些工作？您对它的期许与愿景是？

感谢过去几任主任领导下，国网中心在基础建设服务(IaaS)、平台服务(PaaS)或是支持行政院科技政策，都有显着的成果。在数码转型、AI应用、或是信息安全等方面，过去几年都有卓越的贡献。从做为国家级实验室的角度来看，我们希望扮演HPC及AI技术赋能者的角色，我们除了提供IaaS到PaaS以外，也不断加强网络措施并引进大数据分析的工具。

在硬件领域方面，我们从2017年开始建造了台湾杉(Taiwania)1~3号超级电脑，而丛集(cluster)不仅有CPU也有GPU。我要强调这3部机器的速度有一段时间全都是全球排名前500大，这也彰显了台湾的科技实力。国网过去配合政府施政，在环境灾防、生物医学、科学工程等领域提供平台服务，提供了学研界非常宝贵的高速运算研究资源，甚至包括人文的数码文创，这对高速运算来说是很特别的一点。

在高速网络上，台湾有几个很大的网络，国网中心想办法把它们串连起来，把瓶颈解决了，让各个网络之间可以更顺畅连线。行政院的前瞻计划包括建立5G网络，以及海底电缆与5G的联网中心，串联从南到北的光纤高速网络。这提供了一个替代的数据传输选择，可以再往南连结东南亚、南亚等，希望吸引跨国企业和国际组织在台湾设立数据中心。这都是我们可以担任赋能者的场域。

科技部的6大方向，包括产业数码转型、精准医疗、5G/6G网络、信息安全、网络基础建设等，除此之外，我们也有研究加密科技，以及如何将物联网及区块链应用到台湾个别的产业中，也到各地去推广并协助业者导入这些技术。国际企业如微软(Microsoft)和Google等云端服务蓬勃发展，国网中心也租用50%的台湾杉2号量能给私有企业经营，服务产业界。这也等于是一种与民间企业合作的新成功典范，在世界各地都不太容易找到类似的例子。

发展数据实力

未来我希望强调数据的重要性，因为数据将是我们未来技术发展与创新的重大关键。可从几个面向来看：首先是如何蒐集数据，例如民生物联网会用传感器蒐集数据，以及如何运用生物医学方面的数据等。其次是如何产生数据，事实上很多应用的数据产生，是要靠模拟运算。因此，HPC与建模和大数据分析是密不可分的，这将会是我们未来想发展的重点之一。

拿到数据后，如何确保数据的安全？因此需要信息安全以及大规模的数据服务器和高速网络来提供数据链的完整服务系统，这都是我们未来努力的方向。

第三，人工智能模型发展迄今已经相对成熟，许多演算法变化已经不大，但数据品质就成了胜负的关键。大数量、一致和完善的数据，就更能训练出最好的模型。我们希望朝这方向努力，以最有效率的方式取得数据、加工数据、保护数据、将训练出来的模型扩大应用范围(scale up)。下一个世纪，可能就是数据的时代，数据将是兵家必争的领域。

在研发上面，我们除了希望继续扮演好赋能者的角色外，还希望当好enhancer。过去我们引进了很多人工智能知识与工具给不同的产业，也证明能够帮助他们，未来希望强化他们现有的模型。甚至某些产业从来没想过可以产生数据，我们来帮助他们做到这点，并进而藉由人工智能模型的应用，提升其生产力。

先前我们和业界的一些成功案例是由业界把他们的需求提出来，以委托计划方式进行。未来也想延伸与产业的合作，创造更多stakeholder，例如我们发现工程制造上面引进高速运算的地方很少，即便有也仅限于商用软件。希望可以透过高速运算模拟来协助他们有更深的应用。

我们和学术界与新创也有合作，因为在大数据、AI、高速运算方面，我们能提供IaaS、PaaS和SaaS方面的技术与整合机制，而他们有更特定的专长，一起互补为产业解题。

还有很多业者没想过可以用HPC设计产品和解决问题，也没想过数据的运用需要从问对问题开始。台湾从零件到整合为一个完整的解决方案需要一个典范转移，而国网中心能在当中扮演重要角色。

此外，行政院刚宣布了量子国家队的组成，从行政院科技部、中研院到各大学的研究单位，都参与其中，包含了硬件的研发，低温环境技术的突破，再加上软件。但即便有了硬件、量子位元可以发挥作用，还是需要另一个超级电脑来解读数据，因此国网也将扮演角色。我们也运用量子电脑运算的概念发展加密技术，未来在量子电脑上也希望能做出很大贡献。

问：近期低轨卫星成为资通讯产业注目焦点，被视为未来的新成长契机，您也曾在NASA任职多年，可否分享一下，NASA如何运用超级电脑和高速运算在推进航太领域的基础研究和应用？国网中心又将如何协助产业善用其资源进行科技创新？

美国运用超级电脑、高速运算再加上AI与大数据分析应用在所有的领域上，不只是航太。大家在电视上看到新闻报导说NASA越野探险车到火星地表上去，这个火星探险是如何完成的？首先，在设计火箭的时候，就已经需要超级电脑来让它提升表现，减少震动，降低载体负荷的影响；发射火箭，经过长时间飞行，到了火星以后，突破那里的大气层，然后降落在火星上，这整个的过程都需要超级电脑的运算。

在细部设计之前就已经需要计算分析，设计之后，发现细部问题，就用更精密解析的模拟器来解决。火箭升空后，里面有个推进器控制方向，那个也是需要计算与模拟，来确保火箭的航向与整体安全。进入大气层后问题也很大，火箭要降落在火星，需要打开降落伞，才能安全降落，这又是和地球不一样的概念，因为火星的大气层成分与地球不同，其成分主要是CO2，可是我们不可能先到那里做实验，所以还是用电脑来预测和设计。因此，我们可以说，整个航太产业的发展和HPC模拟运算息息相关，而美国科技为何可以领先世界？它的长处就在善于应用超级电脑运算科技在创新上面，美国这样的能力是世界第一。

台湾的产业需要改变一些想法，在美国，根本不需要跟产业去推销我们能用高速运算模拟帮助他们做什麽，因为那已经是一种共识。比如有人可能会觉得，为什麽需要投入那麽多资金创新？大部分业者仅满足于做零件，而没有想做出机器或是整套解决方案的雄心壮志。如果要做到整合起来的解决方案或机器，就需要系统整合，并且需要进行模拟。这也是数码转型所必经的过程。

此外，我们对于如何运用数码分身(digital twin)来解决复杂问题也有一些初步的想法，希望可以藉由跨部会合作，对此做出贡献。

张朝亮为台湾大学机械工程学系学士、硕士，美国宾州州立大学机械工程博士。美国航太总署兰利研究中心担任资深研究员至今。他也是美国航空太空学会的副会士。专长为计算流体力学和高效能平行计算，主要研究层流紊流转换及时空守恒法，能准确预测高速且复杂的各种流体特性与流场行为，尤其在极音速流动及紊流等高难度航太应用领域，在国内外的高速计算相关领域中享有盛名。他开发的设计/工程软件不仅在NASA使用，也被美国工业界、国家实验室和学术界广泛使用。照片由国网中心提供
责任编辑：孙梓翔