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

May 04, 2023 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。

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

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：

《常聽別人說平行運算，你知道那是什麼嗎？》

《常聽別人說可擴充性，你知道那是什麼嗎？》

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資料中心。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：常聽別人說資料中心，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：

《常聽別人說高效能運算，你知道那是什麼嗎？》

《花你一分鐘，一次看懂關於PCIe》

《常聽別人說雲端運算，你知道那是什麼嗎？》

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：

《常聽別人說人工智慧，你知道那是什麼嗎？》

《常聽別人說機器學習，你知道那是什麼嗎？》

《AMD EPYC™伺服器處理器的崛起過程》

《技嘉科技第二代AMD EPYC™伺服器系列，打破11項效能評測紀錄》

G482-Z50是G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。而技嘉的氣冷式伺服器G482-Z50配備標準的智慧型溫控程式，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：
《常聽別人說基板管理控制器，你知道那是什麼嗎？》
《常聽別人說電力使用效率，你知道那是什麼嗎？》
《技嘉之科技指南系列文章：如何挑選適當的伺服器冷卻方案？》

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？

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《暴風解碼，技嘉運算叢集協助早稻田大學研究氣候變遷》

《歐洲核子研究組織運用技嘉伺服器，探尋高能物理學奧秘》