Success-Case

暴風解碼　技嘉運算叢集協助早稻田大學研究氣候變遷

Apr 04, 2023 by GIGABYTE

日本早稻田大學有「全球災害防治中心」的美譽。它用技嘉科技的GPU協同運算伺服器和工作站組成運算叢集，用來研究並防治海嘯、暴潮等天然災害。科學團隊致力於了解氣候變遷所造成的影響，防範越來越劇烈的熱帶氣旋。

早稻田大學位於東京，是日本數一數二的頂尖研究型大學，日本大學排行榜中，早稻田大學總是名列前茅，傑出校友包含多家國際企業執行長、數位日本總理，還有著名作家村上春樹。

柴山研究室隸屬於早稻田大學創造理工學部社會環境工學科、亦隸屬於早稻田大學持續的未來社會研究所。由柴山知也博士帶領的研究團隊，專精於海岸工程與海岸防災，他們致力於沿岸居民的保護，希望能創造永續繁榮的海岸社區。柴山博士直言：「早稻田大學是全世界的災害防治中心，專攻海嘯、暴潮這類型的天然災害。」

氣候變遷使極端氣候事件變得更頻繁，亞太區對暴雨、暴潮和熱帶氣旋並不陌生，亞洲的一半人口居住在容易受到極端氣候影響的地區，每年有43,000人喪命於洪水、暴風雨、或土石流，所造成的損失大約為6,750億美元。※

柴山研究室欲了解氣候變遷如何影響海岸環境。研究團隊前往災害地點進行現場勘查、蒐集資料；回到研究室，他們用高端電腦和各項實驗來重現災難現況。演算出來的數值模型，可用於還原過去和模擬未來的風暴、估算海平面和海浪高度、規劃疏散計畫，等等。這些資訊有助於社區應付氣候變遷所造成的衝擊──不只是在亞太，而是在全世界。

加拿大和美國附近發生風暴時，過去和未來海浪狀態的模擬圖。科學家預測，早在本世紀中葉，北極海在夏季期間可能不會出現結冰。圖／柴山研究室提供

不過，用電腦模擬天災並不容易，必須將巨量的氣象數據倒入系統，才有辦法精準重現當時狀況。寶貴的研究結果，可用於挽救生命與財產，快速且精準的電腦運算，可能拯救海岸社區免於一場浩劫。

柴山研究室採用技嘉科技的W291-Z00 AMD EPYC™ UP工作站和G221-Z30 GPU協同運算伺服器，建立新的運算叢集。科學團隊用叢集可以更快速、更精準地模擬海岸災害，產出高參考價值的觀測結果，用來規劃更有效的防災辦法，早稻田大學的防災能力因此提升到新的水平。

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技嘉伺服器幫助科學家實現快速精確的建模與分析

技嘉伺服器有效提升研究室的計算能力。柴山博士坦言：「有了技嘉提供的運算叢集，我們能更快了解氣候變遷如何影響颱風產生的暴潮，尤其在台灣、日本等亞太地區。」

當潛在破壞力強大的風暴系統出現時，研究員分析衛星蒐集的即時資料，評估暴風的路徑與強度。政府機關主要負責短期氣候預測，但也會洽詢專家，請他們提供意見。不過，如果運算太慢，等待分析結果的時間就會拉得很長。然而，降低模擬解析度以提高運算速度也不是辦法，因為可能產出的數據太粗略，失去了參考價值。通常要執行數十次模擬，才能拿到最高品質的模擬結果。

研究團隊和技嘉合作，組裝有四個節點的叢集。G221-Z30 GPU協同運算伺服器扮演控制節點；三台W291-Z00工作站扮演其他三個節點。這種快速又強大的運算叢集，研究室還是第一次看到。

運算密集的軟體工具，例如天氣或海洋的建模應用程式，透過新的叢集可以輕鬆執行，及時產出關鍵資訊。柴山研究室估計，等待模擬產出結果的時間減少了75%。透過平行運算，叢集能同時間進行不同的模擬，用於測試同一場天災的多種假想狀況，或是同時模擬許多不同場天災。《詞彙學習：什麼是平行運算？》

波羅的海發生風暴時，過去和未來海浪狀態的模擬圖。研究發現，如果用IPCC氣候變遷第五次評估報告所提出的第五階段耦合模(CMIP5)來做模擬，極端的全球暖化將導致未來的風暴變得更加劇烈。圖／柴山研究室提供

一、AMD EPYC™處理器和技嘉的專業諮詢服務

G221-Z30 GPU協同運算伺服器扮演叢集的控制節點。原因是效能強大，而且擁有充裕的儲存空間，無須使用外接硬碟。

技嘉發揮多年累積的專業知識與經驗，推薦工作站系列產品的W291-Z00，以及GPU協同運算伺服器系列產品的G221-Z30。兩者皆使用AMD EPYC™處理器，具有32顆CPU核心、8個記憶體通道、128 個執行緒數，高效能處理器滿足團隊短時間內想更快完成模擬的需求。G221-Z30擔任控制節點，因為效能強大，而且還有充裕的儲存空間，研究員能將重要文件保存在系統中，無須使用外接硬碟。

除此之外，解決方案提供高記憶體容量，可用於繪製精準的電腦模型。如此一來，模擬能以更高的解析度呈現更大範圍的地圖。資訊越多，研究室的觀察和預測就變得越精確。

「主要的挑戰，來自於如何建設滿足需求的叢集。許多起初設置階段碰到的難題，都透過技嘉的專業諮詢找到解決辦法。」柴山研究室一位愛沙尼亞籍研究員Martin Mäll博士說道。

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《AMD EPYC 伺服器處理器的崛起過程》
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二、創新散熱設計，處理大量模擬也能保持「冷靜」

研究團隊很肯定技嘉領先業界的散熱技術，即使是處理大量資料，也能確保系統溫度不超標。尤其是在模擬的後期階段，計算的數據量變得非常繁重，如果導熱設計欠佳，可能導致系統啟動溫控調頻、降低運算效能。柴山研究室進行的科學工作太重要，不可以因為系統過熱而耽誤重大的研究突破。

G221-Z30和W291-Z00皆裝有動態風扇調節設定，可達成最佳散熱效果。風扇速度可依照系統溫度自動做調整，提供良好的功率效率和降溫。用戶也可依照自己的使用需求，建立或更改風扇速度最佳化的設定。

智慧電源管理有利於系統正常運作，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)以防止伺服器關機。等到異常狀態解決了，系統將自動恢復正常運作。

W291-Z00 AMD EPYC™ UP工作站可擔任高效能商業伺服器或運算叢集的節點，內含SCMP和動態風扇調節設定等功能。

三、耐考驗的尖端科技和超高品質

技嘉提供的運算叢集，不只是讓現有的軟體充分發揮潛能，因為使用突破性技術，所以經得起時間的考驗，採用技嘉伺服器等於是確保珍貴的電腦資源能長期使用。

研究團隊也導入電腦視覺和機器學習應用，具體來說，他們想透過神經網路技術的長短期記憶(LSTM)模型，來預測海上波浪的狀況。團隊有信心，叢集可完成新的AI任務，比方說，W291-Z00所屬的技嘉工作站系列產品，就很適用於機器學習、軟體開發與繪圖。《詞彙學習：常聽別人說機器學習，你知道那是什麼嗎？》

柴山研究室也對技嘉的聲譽和產品的品質給予高度的評價。他們知道，技嘉提供的是整套服務：包含創新的硬體解決方案、專業的諮詢建議、以及優質的服務與品質。客戶滿意是技嘉的使命。

柴山博士直言：「海岸防災，電腦模擬是主要工具。採用技嘉的伺服器對我們很有幫助。這是正確的一步，預測的準確度確實有大大提升。」

早稻田大學的科學團隊分享他們的願景：透過科技，人類有辦法即時模擬天災，有助於緩解氣候變遷所造成的部分衝擊。技嘉樂於協助他們貢獻人類，世界不斷改變，但是有個定律不會變：智慧應用新發明，能解決我們面臨的問題，達到「創新科技，美化人生」的理想境界。

※資料來源：UNDP in Asia and the Pacific (https://www.asia-pacific.undp.org/)

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