算力即國力
產業趨勢前瞻
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發布日期:2022/08/16
Google在2019年底使用其研發的量子電腦,實現解決過去古典電腦難以企及的問題,宣稱其掌握「量子霸權」,未來應用量子科技指日可待。同一時間,IBM團隊也跳出來反駁,認為量子電腦與超級電腦各有所長,兩者應互為協同合作關係,且發展量子電腦並非要取代古典電腦。提升算力最重要的是期盼量子電腦能真正解決實用問題的理想情境。而「量子霸權」的提出,也促使各國對高速運算(HPC)的重視。
 
2022年六月,由全球500大超級電腦排行榜(TOP500)公布排行中,也可見各國算力的變動,在排名前十的名單上,美國橡樹嶺國家實驗室的Frontier首次入榜就拿下第一,擠下站在第一兩年的日本富岳,且每秒運算速度約為其2.5倍,第三名是首次進榜的芬蘭LUMI,是歐洲最強大的超級電腦。這次公布的前十名中,美國占了五名、中國大陸兩名、其它為日本、芬蘭、及法國。AMD 處理器似乎是超級電腦系統的首選核心。排名前十中,美國Frontier、芬蘭LUMI和排名第七及第八的超級電腦均採用其處理器。中國大陸和美國是上榜最多的兩個國家,這兩個國家總合,仍佔 TOP500 超級電腦榜總數近三分之二。
 
就高速運算長遠的發展需求來看,技術上,預估量子電腦、量子通訊等技術發展至2030年將可邁入商用,倚靠量子密鑰分發(Quantum Key Distribution)與後量子密碼學(Post-Quantum Cryptography)研發來防患未來可能的量子電腦攻擊。在社會面,高速運算可以協助模擬流行病發生的機率、協助開發高齡化社會衍生的醫療健康藥物或設備、處理都市化帶來智慧城市需求、並為無人載具規畫合適送貨路線。在經濟上,以高速算力處理模擬,進行更精確、快的風險預測,或是檢測暗網上的身份竊盜,以及詐欺。在環境面,預測氣候變遷會對於玉米和小麥等糧食生產量,產生何種影響;提升再生能源上,用以改善太陽能電池或風電場設置,加速分析安全運用氫燃料,以及核融合的模擬需要等。
 
根據法國市場研究機構Yole估計,量子科技市場到了2030年將可達近30億美元的規模,主要來自於量子運算、其次為感測與計時、再次之為密碼學等三領域。再看McKinsey 在2021年發布的研究發現,2010-2020全球量子研發專利,中國大陸已達5,161,美國僅有2,401,臺灣則排在第十三,有42筆。相關量子研究發表文獻,歐盟第一、美國第二、中國大陸第三。各國投入量子研究的組織(新創、企業、政府、學術機構)數量,美國最高、加拿大次之,美國相對於歐洲,資助的新創企業是歐盟的兩倍;新創企業,在美國成為量子電腦研發與商業化的主力,被賦予了銜接基礎研究、商業化研究的功能。
 
各國也積極地推動量子相關技術研發,美、英、德、法、印度等國,近年都推出超過10億美元的研發計畫,臺灣也在今年三月宣布 17 個量子國家研發團隊,包含 72 位跨領域專家學者、24 家公司,研發領域包括「量子元件」、「量子電腦」、「量子演算法」、及「量子通訊」等。民間企業如鴻海、廣達等,也都持續投注研發資源。但是相較於英美國家,在Crunchbase能搜尋到臺灣量子領域新創僅有一家,顯示這類中長期的策略性技術發展,仍需要更多的人才累積與孕育。
 
無論是超級電腦或是量子電腦,重要的目的在於提升運算能力,並非在霸權的建立,提升運算能力可以為社會創造福祉,例如:德國福斯汽車發表「北京交通計畫」,採用量子退火電腦分析最快速抵達機場的路線,即時改善交通壅塞狀況,節省油耗成本以及減少空氣污染。Roswell Park專門致力於癌症門診研究與新藥開發,採用量子退火電腦進行模擬與分析,以最佳化IMRT的雷射光束劑量。臨床研究數據以量子退火計算,相較傳統Tabu(計算劑量軟體)速度快3倍,更快發現新合成,大幅縮減新藥的研發成本與上市時間。
 
三星、臉書、亞馬遜、谷歌、聯想及微軟等大型科技企業,也都構建了高性能的超級電腦,提供相關服務。國家、企業間引進超級電腦的競爭也越來越激烈。在地緣政治下,中美對立及俄烏戰爭等國際局勢丕變情況之下,科學技術實力也是經濟安全保障。國家擁有半導體設計及系統構建等超級電腦開發技術的意義重大。對臺灣而言,不僅是倚靠在實體的半導體製造領先,建構及應用算力也是我們提升國力的重要途徑。
 
(本文刊登於2022/8/14 經濟日報A11版)
關鍵字: 高速運算 ; HPC ; 地緣政治