Success-Case

西班牙IFISC用技嘉伺服器 為新冠肺炎、氣候變遷尋求解方

by GIGABYTE
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。
目前,世界上出現兩個關鍵趨勢,影響人類生活。第一,處理器的運算能力突飛猛進,先進運算力滲透生活所有層面。第二,地球變得「更熱、更平、更擁擠」;氣候變遷、環境污染和新冠肺炎疫情等重大災害,使人類面對空前的嚴峻挑戰。如何用第一個趨勢所帶來的發明,化解第二個趨勢所造成的危機,是現代人都要思考的問題。

全球各地的頂尖研究機構,皆努力投入資源、尋找解方,這包括西班牙跨學科物理和複雜系統研究所(Instituto de Fisica Interdisciplinar y Sistemas Complejos; IFISC),位於地中海的馬略卡島上,是巴利阿里群島大學(UIB)和西班牙國家研究委員會(CSIC)共同成立的研究機構,專門從事跨科際研究,涉及領域包括量子科學、光子學、環境科學、生物系統科學、和社會技術系統。

面對氣候變遷、環境污染和新冠肺炎疫情所造成的影響,IFISC投入大量的研究資源,發起多項研究計畫。針對氣候變遷,「SuMaECO計畫」探討地中海水生植物如何受全球暖化影響,「Xylella計畫」則用機器學習偵測葉緣焦枯病菌(Xylella fastidiosa),這是一種可怕的植物病菌,由於全球暖化造成夏季變得更熱、更長,導致病菌快速蔓延。針對環境污染,「ARCTIC計畫」用大數據改善民航空運的營運效率,藉此減少空氣污染和溫室氣體排放。此外,歐盟資助的「VPP4ISLANDS計畫」,則使用電腦建立真實地點的數位分身,改善再生能源的推廣發展。「DISTANCIA-COVID計畫」透過行動裝置的使用流量,進一步了解新冠肺炎疫情和人口移動之間的關聯。

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這些計畫都面臨相同的瓶頸:無論是高效能運算(HPC),數值模擬、人工智慧(AI)發展、或是大數據管理,都仰賴先進的運算能力。IFISC需要全方位的伺服器解決方案,和與時俱進的運算技術,處理複雜且多元的研究計畫,和千變萬化的運算需求。

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「SuMaECO」、「Xylella」計畫:用電腦模擬和AI保護地中海的海陸環境
「SuMaECO計畫」研究大洋海神草,這種海草有「地中海之肺」的美譽,因為它能吸收二氧化碳,創造生機蓬勃的多樣化環境。海草需要上百年的時間成長,但是衛星和聲納畫面顯示,海草因環境污染和全球暖化出現破洞;如果失去大洋海神草,將重創地中海的生態系,進而衝擊周遭國家。IFISC想透過電腦模擬,進一步了解大洋海神草如何生長?為何出現缺口?又該如何補救?

IFISC同時進行「Xylella計畫」,透過機器學習遠端監測葉緣焦枯病菌,這種植物病影響全球五百種植物,起初來自濕熱環境,卻因為全球暖化和溫室效應,擴散到新的地區。2013年,葉緣焦枯病菌重創南義大利普利亞大區的橄欖樹,如今已蔓延到伊比利半島和以色列。
全球暖化導致葉緣焦枯病菌蔓延,重創義大利橄欖樹,IFISC發展人工智慧加持的演算法,透過衛星畫面搶先偵測病菌爆發地點。
IFISC希望快速偵測葉緣焦枯病菌的爆發地點,因此,研究人員開發可透過衛星影像發現病菌跡象的人工智慧,分析衛星畫面每一個像素,檢查顯示感染病菌的數十個指標;再用深度學習訓練產出的演算法,計算病菌爆發的可能性,協助農夫和政府當局做出決定,是否該移除和銷毀發病植株。

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兩個計畫中,平行運算都是關鍵,「SuMaECO計畫」運用精密的電腦模型模擬大洋海神草在不同環境中的生長狀況,「Xylella計畫」則用大量的影像資訊,訓練演算法如何分辨健康植株和發病植株之間的差異。《詞彙學習:花你一分鐘,一次看懂關於平行運算

由此可見,IFISC的第一個運算需求就是:用高效能CPU搭配GPU加速卡,提供能同時處理多重工作負載的強大運算能力,引領重要的研究計畫向前推進。

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「ARCTIC」、「VPP4ISLANDS」計畫:協助空運節能減碳、推廣再生能源
前兩個計畫把焦點放在自然環境,「ARCTIC」、「VPP4ISLANDS」計畫則把重點放在人為因素,希望人們推動科技發展的同時,能減輕對環境造成的衝擊。

「ARCTIC計畫」企圖解決民航空運中,常見的「航機誤點延滯擴散」問題,就是一個航班的輕微耽誤,延伸造成班機誤點、空運停滯,浪費時間和資源的雪球效應。研究人員使用數據分析和機器學習,探討航班之間如何互相影響,找出導致航班耽誤的問題流程,設計新的排序方法,避免發生「航機誤點延滯擴散」事件,減少不必要的資源浪費和空氣污染。

「VPP4ISLANDS計畫」使用電腦模型,替真實世界的輸電網路建立數位分身,用來模擬再生能源的建構與推廣。虛擬世界中,科學家可自由實驗突破性的解決方案,如果實驗發生錯誤,也不至於影響真實世界;模擬效果良好的方案,可以在真實世界實際推廣,讓再生能源普及,造福全人類。
「航機誤點延滯擴散」,是指單一航班的輕微耽誤,造成時間和資源浪費的雪球效應,IFISC想運用數據分析和機器學習,找出改善空運營業效率的最佳實施辦法。
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這兩項計畫的特色,就是結合許多創新科技,例如人工智慧、電腦模擬、數據分析和HPC,希望能產生綜效。因此,處理這種工作負載的伺服器,運算能力不是唯一條件,還要考量彈性、可擴充性。《詞彙學習:常聽別人說可擴充性,你知道那是什麼嗎?

所以,IFISC的第二個運算需求如下:為了運用各種創新科技、同步處理多項研究計畫,並為了迎接還在發想階段的未來計畫,他們需要高彈性的通用型伺服器產品,處理各種不同工作負載。
「DISTANCIA-COVID計畫」:監督行動裝置的使用流量、追蹤新冠肺炎足跡
除了氣候變遷和環境污染,目前世界面臨的危機,就是新冠肺炎疫情。IFISC貢獻腦力,想找出對抗疫情的新策略。

IFISC推動「DISTANCIA-COVID計畫」,分析行動裝置的使用流量,研究與新冠肺炎疫情擴散之間是否有關聯,同時分析「社交距離」措施的效益。此計畫需要快速傳輸和安全儲存大量的數據,因此,IFISC提出第三個運算需求:低延遲的資料傳輸、高穩定性的資料儲存功能。

IFISC接觸專精伺服器、工作站,和其他網路通訊系統的西班牙公司SIE (Sistemas Informáticos Europeos),提出他們的三個運算需求。能滿足這些運算需求的伺服器解決方案,就是技嘉科技的伺服器產品,IFISC用三款技嘉伺服器建構研究所內的運算叢集,分別是2U機殼內有24個插槽的R282-Z91、2U機殼內有26個插槽的R272-Z32(兩款皆為R系列機架式伺服器),還有4U機殼內有8個節點、屬於G系列GPU協同運算伺服器的G482-Z54

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「我們很熟悉技嘉科技的品牌,辦公室有很多電腦用技嘉主機板,」IFISC所長Emilio Hernández-García教授坦言,「我們很高興發現,技嘉也提供伺服器解決方案,協助我們的研究計畫,可以有更進一步的發展。」

三款伺服器,分別處理不同的運算任務:G482-Z54是平行運算專家,接手「SuMaECO計畫」的電腦模擬任務,和「Xylella計畫」訓練人工智慧的工作;通用型產品R282-Z91彈性支援各項研究計畫;R272-Z32則處理大數據,在「DISTANCIA-COVID計畫」中扮演關鍵角色。

「技嘉伺服器是研究所的運算能力首要來源,運用高效能運算、大數據分析、和使用GPU加速卡支援CPU運算的各項工作,皆由技嘉伺服器所負責,」IFISC運算系統科學總監Pere Colet博士說道。「我們考慮了超過十個伺服器品牌,技嘉伺服器提供的效能,遠遠超越其他品牌。」
滿足運算需求#1的關鍵產品:AMD處理器+高密度GPU加速卡
技嘉伺服器以超強的運算能力聞名,IFISC採用的三款伺服器,皆搭載第二代AMD EPYC™處理器,單一處理器最多可支援64顆核心、128組執行緒。
G482-Z54屬於G系列GPU協同運算伺服器,4U機殼內有8個節點,適用於高效能運算和平行運算,超高密度的GPU加速卡大幅提升AMD EPYC™處理器的運算能力,引領科學研究邁向全新境界。
G482-Z54的特色,是使用高密度的GPU加速卡大幅提升CPU運算速度,這是技嘉G系列GPU協同運算伺服器的優勢。G482-Z54在4U機殼內最多可支援八張GPU加速卡,並支援新一代PCIe Gen 4.0,最高頻寬64GB/s,是PCIe Gen 3.0的兩倍快。G482-Z54適合用來進行平行運算、HPC、雲端運算、和其他使用大量運算資源的工作負載。

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AMD EPYC™伺服器處理器的崛起過程

IFISC購買的G482-Z54搭載AMD EPYC™ 7282處理器,單一處理器最多可支援16顆核心、32組執行緒,並搭配技嘉所提供的六張NVIDIA GeForce RTX™顯示卡,這正是「SuMaECO」、「Xylella」計畫所需要的完美組合;現在,IFISC能用電腦精準模擬地中海大洋海神草的生長狀況,也能開發可透過衛星影像偵測葉緣焦枯病菌的人工智慧模型。
滿足運算需求#2的優質屬性:彈性、穩定、適用於各項任務的通用型伺服器
G482-Z54是平行運算專家,其他兩款伺服器,則滿足較為廣泛的運算需求,包括數據分析、電腦模擬,等等。IFISC採用高彈性、多功能的伺服器產品,以確保資料中心能有效處理不同的運算任務。《詞彙學習:常聽別人說資料中心,你知道那是什麼嗎?

在這方面,R282-Z91是絕佳選擇,因為技嘉R系列機架式伺服器的設計概念,是將彈性、效率、可靠性合為一體,創造通用型的伺服器產品,並可搭配G系列GPU協同運算伺服器、H系列高密度伺服器一起使用,讓客戶在有限的預算內,有效提高運算效能。

IFISC斥資購買兩十台R282-Z91伺服器,讓G482-Z54執行平行運算工作,R282-Z91協助分攤工作,無論是企圖解決「航機誤點延滯擴散」問題的「ARCTIC計畫」,或是利用數位分身推廣再生能源的「VPP4ISLANDS計畫」,都是靠這兩款伺服器攜手推動研究計畫。

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R282-Z91在2U機殼內提供24個插槽,IFISC用二十台R282-Z91組成一個運算叢集,可支援任何需要高效能運算或密集數值模擬的研究計畫。
因為IFISC要確保研究所內的不同科學團隊,都能和資料中心連線、快速執行研究計畫,因此,除了購買技嘉伺服器之外,還購買技嘉CLN4C44伺服器配件,這是四埠網路擴充卡,提供Mellanox ConnectX-4 Lx 雙連接埠網路配接卡,和25Gb/s乙太網路傳輸速度,透過I/O硬體輔助虛擬化技術,提供方便的使用性和無與倫比的可擴充性。先進的NVGRE、VXLAN、GENEVE網路虛擬化技術,可減輕處理器承擔的高工作負載,這是資料中心管理員為了服務更多用戶,使用覆蓋網路來進行虛擬機器的資料傳輸所造成的副作用。CLN4C44是高彈性、高效益的解決方案,適用於超大規模運算、雲端基礎建設、企業的資料中心,等等。

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滿足運算需求#3的最大特色:可靠的資料儲存、低延遲的資料傳輸
可想而知,IFISC的眾多研究計畫,產生大量數據,尤其是「DISTANCIA-COVID計畫」,透過分析行動裝置的數據流量,藉此評估新冠肺炎疫情防範措施的效益。IFISC需要能夠處理大量數據的伺服器產品,還要能使用跨平台的NoSQL資料庫技術MongoDB。

IFISC使用在2U機殼內,搭配AMD EPYC™ 7302P處理器和十二個固態硬碟(SSD)的R272-Z32。這款伺服器產品滿足IFISC的第三個運算需求:可靠的資料儲存、低延遲的資料傳輸功能。大量的儲存空間,透過非揮發性記憶體(NVMe)輕易使用,這種介面規範運用SSD的快速傳輸和低延遲特性,促進硬碟之間的快速資訊傳輸。《詞彙學習:常聽別人說非揮發性記憶體,你知道那是什麼嗎?

技嘉伺服器的穩定特性受專業肯定,氣冷式伺服器標配智慧型溫控程式,透過基板管理控制器(BMC)監控關鍵零組件的溫度,並依照機殼內的溫度自動調整風扇速度,在溫控和電力使用效率(PUE)之間達到平衡。

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此外,SCMP (Smart Crises Management/ Protection)是技嘉的專利功能,當電源因過熱或風扇故障而發出錯誤警告,將自動讓處理器進入超低頻模式(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。
R272-Z32在2U機殼內提供26個插槽,可用來傳輸和儲存數據,通用型設計採用免工具機構,提供無出其右的穩定特性。
「老實說,研究所內的科學家,大多不是電腦專家,」Pere Colet博士坦言,「幸好,技嘉和SIE了解我們的運算需求,提供完美的伺服器產品組合,解決我們的問題,我們很高興能跟他們合作。」

全球還有很多重要的問題有待解決,但我們不用灰心,因為,世界上最聰明的科學家,正在運用最先進的伺服器解決方案,想辦法找出問題的解方。技嘉科技很高興能提供先進的伺服器解決方案,支援IFISC的研究計畫。「創新科技,美化人生」是技嘉科技的企業宗旨,使用先進的科學發明,一定可以化解人類面臨的危機,只要大家同心協力,明天一定會更美好。

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