人類全腦模擬：Exa等級超級電腦的未來挑戰
103/12/09
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盧鴻復｜
國家實驗研究院高速網路與計算中心計算設施組
出了門找不到回家的路、面對面卻叫錯名字、一再重覆才剛說過的話，這恐怕是許多有老人失智症患者家庭經常面對的痛苦。單單老人失智症WHO統計全球目前有約3600萬名患者。針對這些腦神經因素導致的疾病，歐盟已投入超過19億歐元的研究經費，未來還將投入10億歐元，並與美國進行共同研究，想要解決腦科學類的醫療問題。
被歐盟執委會選定為未來新興技術的人類大腦計畫（Human Brain Project，簡稱HBP），在今（2014）年將審查由各電腦廠商提供的超級電腦建議書。預計10年內在德國尤利希計算中心（Jülich Supercomputing Centre）建造一座Exascale的超級電腦，專門提供給人類全腦的神經細胞模擬研究之用。
人類全腦估計有1千億個（1011）神經細胞，1百兆個（1014）神經突觸。2013年8月HBP的研究人員曾進行測試運算，模擬完整人腦規模的1%，神經活動1秒鐘。當時利用當時世界排名第4的富士通超級電腦－京（K Computer）的83,000個計算核心，約為「京」全部計算核心的11%。而這1秒鐘的神經活動模擬，足足耗時了40分鐘。可見使用現今的超級電腦模擬人類全腦的神經活動是遠遠不夠的。
這項在HBP總計畫下的超級電腦子計畫將會建立從基礎設施到軟、硬體的設計開發，不僅僅要對人腦進行全面模擬，更要藉此促進電腦工業對Exa等級的超級電腦建造能力。HBP計畫將會分階段建置，在2017 ~ 2018左右建置一座尖峰計算力50 PFLOPS、用電在4百萬瓦之下的超級電腦（註）。先用來模擬老鼠的大腦活動並且建立人類全腦模擬的初步模型。超級電腦投標廠商將被要求先行建置小型的先導系統來展現系統整合與未來擴展的科技能力。
HBP計畫規畫在2022年建置完畢具有1 ExaFLOPS計算力、200 PB記憶體的超級電腦。預計將可以把100%完整規模的人腦活動1秒的模擬時間減少到4分鐘左右。屆時不僅僅可以見識到Exa等級超級電腦的新時代，更是促進腦科學研究的一大進展。
註1: 2014年6月世界超級電腦首位，中國天河二號，尖峰計算力為54.9PFLOPS、用電1千7百萬瓦。
參考資料
[1] https://www.humanbrainproject.eu/
[2] https://www.humanbrainproject.eu/high-performance-computing-platform
[3] https://apps.fz-juelich.de/hbp-pcp/index.php/Home
[4] http://gigaom.com/2013/08/02/simulating-1-second-of-real-brain-activity-takes-40-minutes-83k-processors/
[5] http://youtu.be/ZA8Bk5PXe9s
