Success-Case

美國洛厄爾天文台 用技嘉伺服器搜索太陽系外的外星生命

by GIGABYTE
美國亞利桑那州的洛厄爾天文台,用技嘉科技的G482-Z50 GPU協同運算伺服器分析恆星發出的「太空噪音」,這有助於科學家更快找到太陽系外可居住的行星。強大的AMD EPYC™處理器、頂尖的平行運算能力、優越的可擴充性及領先業界的穩定特性,讓伺服器能勝任這項難如登天的任務。科學家們樂觀地表示,在我們有生之年,將找到外太空的「第二顆地球」。
位於美國亞利桑那州旗桿市的洛厄爾天文台,企圖回答人類自古以來百思不解的「大哉問」:人類在宇宙中是孤獨的嗎?

為了找出答案,科學家們企圖在太陽系外,發現可孕育生命的「適居行星」,也就是適合動植物生長的「系外行星」。

首先,簡單說明洛厄爾天文台的背景:洛厄爾天文台成立於1894年,是美國歷史最悠久的天文館之一,列為美國國家歷史名勝。一百多年來,洛厄爾天文台參與多項學術研究壯舉,包括在1930年,率先發現冥王星存在。《時代》雜誌稱之為「全球百大重要地點」之一。

近年來,洛厄爾天文台和耶魯大學攜手合作,發起「百顆地球專案」(100 Earths Project),目的是找出宇宙中類似地球的系外行星,所謂的「類地球行星」或「孿生地球」。這種行星必須符合兩個基本條件:第一,行星必須位於星系中的適居帶(或稱宜居帶),與環繞的恆星(或稱母星)保持適當距離,讓液態水存在於星球的表面,這是孕育生命的必要元素。第二,母星的年齡、大小和溫度皆須接近我們的太陽,也就是所謂的「類太陽恆星」。科學家推測,有智慧的外星生命有可能出現在符合這些條件的系外行星上。

搜索過程非常困難,因為行星的光芒相當微弱,有如從好幾光年的距離外,想看到環繞燈塔飛行的螢火蟲。科學家使用的方法之一,叫做「行星凌日法」:透過行星環繞恆星所產生的日蝕,偵測行星的存在,並且推算它的大小。另一種方法叫都卜勒光譜學,就是測量恆星的徑向速度的變化;背後的原理是,任何行星,哪怕只有地球這麼小,都會造成母星的位置和運行軌道輕微「振動」,這是兩個天體環繞兩者之間的「質心」的自然現象。測量恆星的都卜勒光譜,可推測它的周遭是否有行星存在,並且推算出行星的質量。因為質量除以體積等於密度,科學家可推論,行星是無法居住的氣態行星、還是懸浮於太空中的一粒小石子,就如我們寶貴的藍色星球?

挑戰在於,行星對恆星造成的影響實在是微不足道,比方說,地球在一年公轉的週期中,對太陽徑向速度造成的變化只有每秒十公分。天文學家必須透過強大的光譜儀,才有機會偵測到這麼渺小的落差。有鑑於此,耶魯大學建造解析度超高的「極度精準光譜儀」(EXtreme PREcision Spectrometer; EXPRES),搭配直徑4.3公尺的洛厄爾探索望遠鏡(Lowell Discovery Telescope; LDT),尋找系外行星的星星之火。

洛厄爾天文台的天文學家兼天文物理學家拉馬博士(Dr. Joe Llama),意識到另一個亟待解決的問題。說穿了,恆星是氫氣構成的球體,不斷在太空中進行核融合反應。這麼劇烈的化學反應,難免有不可預測的異象和變化,對科學家來說,這是一種干擾研究的「太空噪音」,可能遮掩系外行星微乎其微的訊號。拉馬博士必須想出辦法,分辨與排除恆星自然產出的雜訊,藉此提升EXPRES搜尋系外行星的精準度。
從太陽「下載」天文數字,交由技嘉伺服器處理
拉馬博士在LDT附近,架設大型望遠鏡的小一號搭檔:直徑7公分的洛厄爾天文台太陽望遠鏡(Lowell Observatory Solar Telescope; LOST)。太陽望遠鏡除了連接EXPRES,還有連接機殼規格4U、擁有10個節點的技嘉科技G系列GPU協同運算伺服器G482-Z50。尋找外星生命的第一步,就是先仔細研究我們的太陽。

了解更多:
《關於技嘉GIGABYTE GPU協同運算伺服器系列產品的更多介紹》

直徑7公分的洛厄爾天文台太陽望遠鏡,安裝在直徑4.3公尺的洛厄爾探索望遠鏡附近的輔助廠房屋頂上。從太陽擷取的資料透過80M光纖網路,由太陽望遠鏡傳達到EXPRES,再透過技嘉G482-Z50伺服器處理,將光線變成有用的都卜勒光譜資料。圖/洛厄爾天文台提供

每天晚上,LDT搜索星空、尋找系外行星;每天早上,旁邊的太陽望遠鏡則是專門研究陽光的變化。「其他人都大排長龍,等著要用EXPRES,只有我能在白天工作,一個人獨享太陽,」拉馬博士笑著說。

他的任務是,記錄長達十一年的太陽周期中,陽光的光譜如何變化。拉馬博士深信,所謂的太空噪音一定有隱藏的規律;只要能找出規律,就能發現宇宙所有恆星的「共同訊號」。搜索系外行星的過程中,如果能排除這個「共同訊號」,不但有助於更快發現「孿生地球」,還有可能偵測到更微小的天體,例如環繞系外行星的衛星。

用白話來說,從太陽蒐集資料的流程如下:太陽望遠鏡捕捉影像,由80M光纖網路傳達到EXPRES,EXPRES將其打散成顏色資訊,由10K x 10K像素的高解析感光耦合元件精準記錄。這筆資料交給歸約程式處理,產出一維的10K影像,就是反映光線波長與強度的光譜。「百顆地球專案」團隊再用他們開發的特別電腦程式,進一步將光譜變成都卜勒數據,希望從這些數據中,找出恆星的共同訊號。

陽光普照的每一天(旗桿市大約一年有三百天是晴天),EXPRES每隔幾分鐘就能產出新的數據。工作負載大得可怕:每天,約有50 GB的新數據從太陽「下載」到天文台,同時還有10 TB的累積數據,等著科學家研究,這兩項工作必須同時進行。

洛厄爾天文台接觸技嘉科技之前,嘗試使用裝載傳統硬碟的網路附加儲存裝置(network-attached storage; NAS)伺服器進行研究,並且用桌上型電腦分析數據。這些裝置雖然堪用,但並非理想,因為儲存伺服器不適合做密集運算。拉馬博士推估,除非一天有三十六小時,NAS伺服器實在跟不上一直湧入的海量資料。《詞彙學習:常聽別人說網路附加儲存裝置,你知道那是什麼嗎?

拉馬博士真正想要的,是運算能力超強的伺服器,擁有頂尖的平行運算能力、極高的讀寫速度、便利的可擴充性,及優越的穩定特性。「百顆地球專案」的成敗可能決定於這台伺服器,因為,全世界有很多「系外行星獵人」,大家都想搶先發現「系外地球」,從此千古留名、永垂不朽。

詞彙學習:
技嘉G482-Z50加持,研究天文學的速度加快十倍
值得慶幸的是,技嘉G482-Z50的表現出類拔萃,可說是伺服器中的天之驕子。它是新一代科學研究伺服器的典範,適合做密集運算,提供效能強大的處理器、容易擴充的精心設計,以及能確保系統穩定的智慧安全功能。這是一台了不起的機器,就連天天仰望星空、探索宇宙奧秘的科學家,看到都是嘆為觀止。

拉馬博士將伺服器安裝在洛厄爾天文台的數據中心。現在,每當EXPRES傳回高解析度的太陽影像,G482-Z50同時進行兩項工作:一、執行歸約程式,擷取有用的光譜資料;二、執行另一個電腦程式,從光譜中找出太陽徑向速度的變化,拼湊出宇宙中恆星的共同訊號。《詞彙學習:常聽別人說數據中心,你知道那是什麼嗎?

洛厄爾天文台太陽望遠鏡產出的太陽光譜,加上人眼可辨識的顏色以做研究。橫向的黑色線條是太陽大氣中分子吸附現象,拉馬博士透過線條的位置,測量太陽的徑向速度。圖/洛厄爾天文台提供

有了G482-Z50加持,同樣的計算工作只要花四分之一、甚至十分之一的時間就能完成,對於尋找系外行星的幫助很大,科學團隊欣喜若狂。「G482-Z50的運算能力不只幫助太陽望遠鏡,其他科學家也能多加利用,可想而知,大家都非常興奮,」拉馬博士坦言。

為什技嘉伺服器備受好評?拉馬博士指出,G482-Z50有三個特性,讓它成為洛厄爾天文台探索宇宙奧秘的最佳助手:
一、出類拔萃的運算能力,適於進行平行運算
二、領先業界的可擴充性
三、確保系統穩定的精心設計

一、出類拔萃的運算能力,適於進行平行運算

簡單來說,拉馬博士的研究需要大量的數據運算,以及密集的平行運算工作。因為,每天都有一百個新數據點從太陽下載,這還不包括儲存於NAS伺服器上的幾萬個數據點。G482-Z50執行歸約程式,將太陽的影像變成光譜;同時,它執行另一個程式,將光譜變成有用的都卜勒數據。這項工作比登天還難,這麼說一點也不誇張。

G482-Z50使命必達,採用兩顆AMD EPYC™ 7002處理器,單一處理器最多可支援64顆核心、128個線程。技嘉G系列GPU協同運算伺服器可裝置極高密度的GPU加速器,就G482-Z50而言, 4U機殼內最多可安裝十張GPGPU卡。CPU與GPU透過PCIe連接器互聯,藉此降低延遲,G482-Z50支援PCIe Gen 4.0,最高頻寬64GB/s,是PCIe Gen 3.0的兩倍快。這些屬性讓G482-Z50非常適合做平行運算、高效能運算、數據分析,及雲端運算等等。

詞彙學習:

洛厄爾天文台的G482-Z50搭載兩顆AMD EPYC™ 7502處理器,單一處理器具有32顆核心、64個線程,單核心最大頻率是3.35 GHz。這套硬體跟分析光譜的電腦程式簡直是絕配,因為用人工智慧和機器學習設計出來的平行化電腦程式便於擴充,安裝在專為平行運算所設計的伺服器上根本是如虎添翼,科學研究全速前進。

了解更多:

G482-Z50G系列GPU協同運算伺服器,擁有4U機殼與10個節點,運算效能極佳,適合做平行運算,它的可擴充性和系統穩定性也是卓越非凡。這台伺服器是理想的解決方案,可協助洛厄爾天文台找出宇宙中恆星的共同訊號。

二、領先業界的可擴充性
洛厄爾天文台的科學家們,除了擔心是否能率先發現可居住的系外行星,還要煩惱設備的擴充性。因為,EXPRES產出的數據與日俱增,研究團隊擔心儲存空間是否充裕,還要考量G482-Z50的處理效能,是否跟得上日積月累的工作量。

針對儲存空間的問題,拉馬博士將NAS伺服器的硬碟移植到G482-Z50,因為G482-Z50有充足的空間,可安裝更多配件。哪天,如果G482-Z50的容量用完,NAS伺服器還是可以用來儲存資料,等於是將儲存和運算的工作分攤給兩台伺服器,G482-Z50從原始資料擷取寶貴資訊,傳送到NAS伺服器進行保存。G482-Z50的讀寫速度超快,作業速度不受限制,研究團隊亦可視需求,連接更多的儲存裝置來保存資料。

處理效能方面,如之前所提到,G482-Z50可透過PCIe連接最多十張GPGPU卡,只要有需求,隨時安裝更多加速卡提升效能。因此,儘管資料量越來越多,G482-Z50仍可維持最佳表現。此外,由於分析光譜的電腦程式便於擴充,使用的核心更多就跑得更快,拉馬博士已安裝十六條64GB的RAM,總共記憶體達1TB。
三、確保系統穩定的精心設計
科學家搜尋「系外地球」的競賽分秒必爭,洛厄爾天文台全年無休,24小時都在用G482-Z50分析數據。可想而知,系統穩定性很重要,如果機器故障,不但可能拖延重大發現,甚至還會遺失寶貴的資料。

伺服器發生故障,大多是因為散熱效果不佳所造成。如同技嘉的其他氣冷式伺服器,G482-Z50的標準配備包括智慧型溫控程式,基板管理控制器(BMC) 隨時監控關鍵零組件溫度,依照狀況自動調整風扇速度,不但能確保系統穩定性,也能改善機房的電力使用效率(Power Usage Effectiveness; PUE)。

了解更多:

美國亞利桑那州旗桿市的天氣幾乎都是晴空萬里,每年大約有三百天,氣候適合洛厄爾天文台太陽望遠鏡從太陽「下載」50GB的原始資料,同時還有10TB的累積資料要研究與分析。圖/洛厄爾天文台提供

此外,SCMP (Smart Crises Management/ Protection)是技嘉的專利功能,如果BMC偵測到危險的異常狀況,例如過熱或電壓遽增,處理器將自動進入超低頻模式(ULFM),防止伺服器關機;等到異常狀態解決了,系統將自動恢復正常運作。

值得一提的是,技嘉伺服器使用的零組件經過精心挑選,不但能確保伺服器穩定運作,運算效能也不打折扣。如同其他使用AMD EPYC™ 7002處理器的技嘉伺服器,G482-Z50很方便維修,機身各處有許多免工具的貼心設計,便於使用者安裝和保養伺服器。這麼一來,儘管洛厄爾天文台需要暫停數據分析、進行伺服器的定期維修,G482-Z50仍然能快速恢復運作,繼續尋找外太空的系外行星。

「天文學家常開玩笑說,我們的電腦科技落後業界好多年,」拉馬博士說道。「使用G482-Z50,我們不但駕馭AMD EPYC™處理器的強大運算功能,還可選擇添加GPU加速器,加快運算速度,我們很高興能跟技嘉合作。」

可能有人認為,尋找適合人類居住的系外行星,和有智慧的外星生命,簡直就像在演科幻電影。但,這是值得追求的科學知識,技嘉樂於提供領先業界的運算技術和伺服器解決方案,協助有價值的天文研究。一直以來,技嘉科技的座右銘是「創新科技,美化人生」;這是慎重的承諾,期許人類能用前瞻性的科學發明解決今日的問題,例如一探究竟,發現我們人類在宇宙中,是否是孤獨的?

了解更多:
Realtion Tags
雲端運算
電力使用效率
可擴充性
高效能運算
機器學習
人工智慧
基板管理控制器
平行運算
WE RECOMMEND
RELATED ARTICLES
西班牙IFISC用技嘉伺服器 為新冠肺炎、氣候變遷尋求解方
西班牙跨學科物理和複雜系統研究所,運用技嘉科技的先進伺服器產品,研究影響全人類的重大議題,包括:氣候變遷、環境污染、新冠肺炎疫情。所面對的運算問題複雜且多元,技嘉伺服器使命必達,因為,研究所使用的三款伺服器,適合進行高效能運算、數值模擬、發展人工智慧、管理和分析大數據。
北流、工研院和NVIDIA指定採用 技嘉5G邊緣運算解決方案登場MWC 2021
今年巴塞隆納「世界行動通訊大會」的精采亮點,首推技嘉科技E系列邊緣運算伺服器。過去這幾年,技嘉提供支援5G通訊技術的邊緣運算解決方案,給臺北流行音樂中心、工研院和新北市警局等重要客戶,洞察使用者對5G和邊緣運算科技期待看到的結果,運用長期累積的寶貴經驗,設計開發E系列邊緣運算伺服器,首發的E251-U70已由NVIDIA用來開發推廣5G虛擬化無線接取網路技術的NVIDIA Aerial SDK產品。
如何挑選適當的伺服器冷卻方案? 技嘉科技《科技指南》系列文章
隨著科技進步,新一代的處理器使用更多電力、產出更多熱能。選購伺服器時,應當留意溫控問題,好的冷卻方案可確保伺服器正常運作,且不至於太耗電、或是需要頻繁的維修。 技嘉科技是高性能伺服器的業界領袖,本篇《科技指南》文章,針對市面上廣泛使用的三種散熱方法(氣冷式、液冷式和浸沒式)逐一說明,並介紹技嘉的相關產品,協助您挑選最適合的解決方案。
技嘉伺服器加持 巴塞隆納大學超前部署全新運算叢集
西班牙巴塞隆納大學理論與計算化學研究所,運用技嘉科技的伺服器籌設新的運算叢集,提升大學資料中心的運算能力高達四成以上。數以百計的研究人員受惠於AMD EPYC™處理器的強大運算能力,管理者可透過技嘉免費提供的技嘉伺服器管理軟體(GSM),遠端遙控多台伺服器,輕鬆管理新的運算叢集。
Back to top
Email Sales