113/09/30
氣候變遷下的農業改革：韌性與淨零的未來進行式
陳儀珈｜
科技大觀園特約編輯
繼 IBM 的深藍電腦在 1997 年擊敗西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov，19 年後，今年3月AlphaGo電腦也在世界最複雜的圍棋遊戲上擊敗了人類，再次使得人腦與電腦的爭霸戰浮出檯面。而為什麼電腦會擊敗人腦呢? 答案就是 — 此電腦就是超級電腦，而且是具有人工智慧的超級電腦。
什麼是超級電腦? 簡單來說，若一部個人桌機電腦的運算能力是每秒 100G 浮點運算能力，那麼 1000P 的超級電腦浮點運算能力就等於約1000萬部的桌機電腦。相較於目前全世界最快的超級電腦神威·太湖之光(Sunway TaihuLight)，其計算力可達93P，美國、中國、日本等國都持續在挑戰可達1000P計算量的超級電腦, 本演講中也將討論各國及公司為了研發1000P超級電腦所遭遇到的挑戰。
最後，結合超級電腦與人工智慧，將從大數據、大型資料庫、各領域自由軟體以及智能雲端服務系統等四個層次來做說明。在現有的人工智慧應用領域中，大多集中在物聯網的討論，而事實上物聯網只是第一個層次的大數據問題。因此，若以超級電腦為基礎核心設施，搭配人工智慧功能，進而建立起智能雲端服務系統，將可進一步應用到國家及民間各類型的經濟產業，如 3D 影像、3D 列印、防災科學、綠能科技、虛擬實境、巨量資料、機器人學、精密機械、物聯網、生醫科技、高能物理等。
聽講心得（撰文｜孫維新館長）
上週五（11/25）晚間的第二場秋季展望演講，由國立成功大學工程科學系黃吉川講座教授擔綱，黃教授以「人腦與電腦的爭霸戰─由超級電腦到人工智慧之發展趨勢」為題，帶領我們深入超級電腦的世界。
正當台灣社會遍尋不著向前之路的時候，黃教授開門見山說：今天要替大家找出路！黃教授身穿短袖，頭頂涼帽，講起話來聲如洪鐘。他一開頭就談到了國學大師陳寅恪先生的風範：「前人講過的不講，今天只講以前未曾有人講過的！」，讓大家感受到他不只是資工方面的專家，也身兼創業者，充滿創意和抱負！
進入正題後，黃教授以美國大選為題材，提到人腦與電腦爭霸戰的未來，人類對上電腦短多長空，在這樣的相互較勁下，短期人腦應有獲勝可能，但長期就不樂觀了。他以有名宇宙學家的理論舉例，霍金過去就曾對人類發展人工智慧做出了深刻的警告。而歷史上，早在1997年深藍電腦就在西洋棋上打敗了人腦，同樣的情形，今年3月也發生在對上AlphaGo，電腦在世界最複雜的圍棋遊戲上也擊敗了人腦！另外，日本還發展了一套人工智慧程式：「東Robo君」，目標是用機器人考進東京大學。黃教授指出，人工智慧發展要成功需要慎重選擇，因「東Robo君」需要辨識多種科目，目前只能考上私立學校，還沒有辦法考上最難的東大！
要什麼電腦才能戰勝人腦？答案就是具有人工智慧的超級電腦！目前世界上最快的超級電腦是中國的「神威．太湖之光」（SunWay TaihuLight）。事實上，人腦與電腦差異很大，前者主要處理記憶、推理、想像，後者則是因記憶體與硬體不斷升級，能記憶，能計算，有邏輯。我們知道雖說電腦與人腦相比，缺少了能夠想像的功能，但具有人工智慧的電腦可就不一樣了，人類可以教會他們！
在探討國家工業發展上，黃教授指出其中關鍵。從過去工業1.0一直發展到今日所強調的「工業4.0」，在這之前，要全面轉移到工業3.0階段，就必須要有研發設計，真正掌握核心技術，並且有自己品牌。他說，假若要進入工業4.0時代，不僅要有3.0的基礎，還要加入雲端服務和人工智慧。政府對於每個階段的內涵，應該充分了解箇中道理，更要清楚所需代價，才不會難以實踐。
說到全世界超級電腦的分布，目前美國佔了35%，歐洲21%，因中國、日本對這個戰略產業相繼投入大量資源，整個東方佔了42.6%。黃教授補充說，目前世界第一名的超級電腦計算量，甚至比100名以後到500名通通相加的總量還大！究竟甚麼是超級電腦？簡單來說，超級電腦有兩部分：交換器與伺服器，交換器可比喻成車站，伺服器像是做生意的人，而車站的效率越好，超級電腦效率也就越好。我們說一台1,000P（P等於10的15次方次／秒）的超級電腦浮點運算能力，相當於1,000萬具100G浮點運算能力的桌機電腦，240萬部具420G運算能力的伺服器。而要做超級電腦，重點就在交換器拓樸（Topology）、溝通路由（Routing），以及如何廣播（Broadcast）。
黃教授講到超級電腦的發展歷程，第一代超級電腦天河二號計算在世界上數一數二，但也面對一些困境，如交換器龐大，對切比（對切數／總線數）差，造成所謂的「胖樹」（Fat tree topology）結構，還有加速卡跨機困境。第二代超級電腦也一樣，就算是「神威太湖之光」，也還是有對切比小，與整體時間延遲的困境。除了這兩代以外，黃教授提到通過台灣專利的新一代超級電腦，根據他詳盡地A-D效能指標圖，與Bisection ratio分析比較，第三代超級電腦，很可能是台灣未來進入世界前幾名排行榜的機會！
人工智慧的內涵，包含演算法和數學（工具）的範疇，黃教授以最佳化迴歸分析，以及類神經網路進一步說明，提到了蒙地卡羅法與基因演算法。他特別強調，如果要發展人工智慧，沒有超級電腦就別妄想！因為其中要解的超大逆矩陣，就是超級電腦要處理的任務！他也提到人工智慧各層級發展，第一層級在大數據方面，接著是專業資料庫（如精準醫學資料庫），以及第三層級自由軟體（如國防上的巡弋飛彈，醫學上的達文西機器手臂等）。
我們需要掌握人工智慧的兩個重要利器，其中一個是超級電腦，另一個就是晶片系統設計。黃教授打趣的以老祖宗的算盤來說明，要具備這些利器，硬體、軟體、演算法都需要跟進，相輔相成。不只對台灣而言，每個國家都不應偏廢！最後，黃教授也講了幾個有意思的笑話，說到了自己成長與研究時的態度，與深度學習基礎學科的重要。他期許大家能學習程式語言，因為未來重要的第二語言，或許不是英文、日文，或西文、德文、法文，是要跟電腦溝通的語言！