成大太空與電漿科學研究所運用HPE APOLLO打造HPC環境 強化電漿模擬與計算能量

由於太空環境高達99%為電漿，電漿科技已被廣泛運用在科學、工業等領域中，讓電漿科技成為全球深受關注的範疇。成功大學太空與電漿科學研究所選擇運用HPE  Apollo 系統建構HPC環境，縮短電漿模擬與計算時間，期盼為臺灣培育電漿科技人才盡一份心力。

發展多年的高速運算（High Performance Computing ），向來是科學家、研究團隊縮短研究專案的首選，解決無法在實際環境中實驗的困境。而在高速運算領域耕耘多年，能提供完整解決方案的HPE（慧與科技），是許多研究機構的指定夥伴，如2022年成功大學太空與電漿科學研究所在建構新一代高速運算環境時，便選擇採用HPE  Apollo系統，一口氣解決運算與資料儲存等難題，為臺灣在電漿科技領域注入全新的研究能量。

成功大學太空與電漿科學研究所助理教授劉耀澧說，由於宇宙中有99%的物質為電漿態，1950年開始發展的電漿科學，已被廣泛運用在太空科學、天文物理、核融合能源、高功率厘米波長微波源、工業、醫學與軍事等領域中。當以HPE Apollo 系統為核心的新一代高速運算系統啟用後，讓我們可隨時執行各種研究專案，並以最短時間取得模擬結果，整體專案效果令人非常滿意。

HPE慧與科技成長企業事業處副總經理胡金雲表示，HPE耕耘HPC領域多時，至今已累積非常深厚的技術能量，是少數能提供完整產品線的業者，且在全球各領域建立眾多成功案例，已是許多研究單位指定合作夥伴。隨著電漿科技應用範圍日廣，HPE很高興與成功大學太空與電漿科學研究所合作，透過分享更多HPC技術與經驗，為培育優秀人才盡一份心力，助臺灣接軌國際趨勢。

人才培育搖籃 急需新一代HPC環境

由於電漿科學應用領域非常廣泛，且針對不同時空尺度的問題，就要有相應的電漿模擬方法，因此高速運算對於電漿物理的發展是至關重要的。特別是成功大學太空與電漿科學研究所更肩負許多產學合作專案，所以劉耀澧助理教授在爭取到成功大學與國科會的補助後，即決定自建新一代高速運算環境，以便加快電漿模擬運算專案的執行速度。

劉耀澧指出，電漿作為一個高度非線性的複雜系統，動態行為非常複雜，主要透過自洽與外加的電磁場來交互作用，常涉及多重時間與空間耦合的非線性過程。建置HPC環境可以大大協助電腦模擬來研究電漿的複雜現象與作用機制，是必要有效的方法。 在評估市面上各種HPC方案後，我們決定採用可靠度、穩定度有口皆碑的HPE解決方案，最後在擎昊科技與HPE的顧問團隊協助下，選擇引進HPE Apollo系統，滿足研究所在高速運算與大量資料儲存的雙重需求。

專為AI、HPC量身打造 小空間創造高密度運算與儲存能力

市面上眾多HPC解決方案中，HPE Apollo系統是從設計階段開始，就針對高速運算、人工智慧等，量身打造的高密度運算解決方案。考量到各企業的資料中心規模環境迥異，HPE Apollo系統提供風冷和液冷等兩種散熱機制，並依照不同應用程式的高密度運算需求，預先分成內存密集型、深度學習和推理工作負載等類型，方便企業採購。此外，HPE Apollo系統亦具備標準化橫向擴充（scale-out）機制，企業能依照後續專案需求添購專屬的擴充模組，且能在單一機櫃中混合安裝不同設備型號，為不同應用程式提供最合適的運算能量，以及儲存空間。

考量到成功大學太空與電漿科學研究所對高速運算、大量資料儲存等需求，HPE技術團隊推薦採用HPE Apollo 2000系列搭配HPE Apollo 4000系列的組合。其中，HPE Apollo 2000系列負責高速運算，這是一套企業級、密度優化的 2U產品，最多可容納4臺 HPE ProLiant伺服器，並保有標準機架、佈線、後通道等設計。至於HPE Apollo 4200 系列這一款超高密度且支援機架擴充特色的儲存系統，能滿足巨量資料分析、軟體定義的儲存、備份和封存，以及其他資料儲存密集型工作負載的需求。這款產品採用易於維修的獨特 2U 設計，支援多達 28 個 LFF 或 54 個 SFF 熱插拔磁碟機，能有效節省資料中心空間，堪稱是資料儲存密集型工作負載的最佳化的架構。

值得一提，HPE Apollo系統更具備其中1個節點需要維修或安裝新元件時，可在不影響其他節點運作的狀況下，持續提供運算效能、絕佳可靠度，以及穩定度，確保專案能夠持續執行。

「在專案啟動之初，我們了解協力廠商的顧問與技術能力非常重要，而HPE與擎昊科技提供完整的事前規劃、事中部署、事後顧問等服務，可大幅降低建置HPC環境的門檻。」劉耀澧解釋：「在兩家公司協助下，順利讓HPC專案如期完成，整體服務令人感到非常滿意。」

提升小型專案模擬速度 免去繁瑣申請流程

隨著以HPE Apollo系統為核心的HPC環境啟用，成功大學太空與電漿科學研究所也著手調整電漿模擬與計算專案的運算模式。除部分計算量較大的研究專案，依然使用國家高速網路中心的資源外，其餘專案則選擇在研究所內的HPC環境中執行，讓工作在調度與時程安排上有更大的彈性。此策略啟用沒多久，研究所便發現小型專案在HPE Apollo系統上取得模擬結果速度非常快，證明先前選擇與HPE合作的結果完全正確。

劉耀澧指出，HPC是進行電漿模擬與計算的重要後盾，我們將利用HPE Apollo系統執行粒子式電漿模擬（EPOCH、Smilei、OSARIS）、時域有限差分法模擬 （MEEP）、磁流體模擬（FLASH）、蒙地卡羅程式（FLUKA）等專案，以及進行相關模擬程式的開發。過去幾年，歐美國家投入大量資源在電漿科技議題研究上，我們希望成功大學能夠扮演領頭羊的角色，吸引更多大學、研究單位、企業等投入相關領域之中。

在成功大學太空與電漿科學研究所規劃中，將持續投入新式專利研發與創新電漿產業應用領域、開授電漿產業技術應用相關課程，並將視後續專案研發規模需求，與HPE保持緊密合作，為臺灣培養前瞻領域的高階研究人才盡一份心力。

關於成功太空與電漿科學研究所 (簡稱 電漿所)

成功太空與電漿科學研究所 (簡稱 電漿所) 於2008年成立，是臺灣唯一單獨針對電漿科學而設立的研究所，所課程特色以電漿物理為基礎，致力於發展太空科學與電漿科學尖端應用與人才的培養。電漿所研究的方向主要分為太空科學與核融合電漿，而這兩個項目正好也是政府近年來大力推動的科研方向。

太空科學的部分包含了人造衛星與探空火箭的實驗與觀測；核融合電漿的部分，今年參與了核研所、成功大學與清華大學共同執行的整合型計畫，預計將建置臺灣的第一座(球形)托卡馬克， 將之命名為“福爾摩沙先進球形托卡馬克” (Formosa Advanced Spherical Tokamak, FAST)。