Day7 - 算力即國力？TW的超級電腦 - iT 邦幫忙::一起幫忙解決難題，拯救 IT 人的一天

2024 iThome 鐵人賽

DAY 7

生成式 AI

Local LLM infra & Inference 一部曲系列第 7 篇

Day7 - 算力即國力？TW的超級電腦

16th鐵人賽 supercomputer

母湯小精靈

團隊為了AI而AI

2024-09-08 13:15:35

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前言

在AI時代，尤其是LLM的快速發展、計算需求劇增的狀況下，很常在一些新聞中看到「AI算力即國力」這個用法，而上個月Eric Schmidt在史丹佛下架但被廣為流傳的演講中也提到了類似的話「AI會讓富者愈富、窮人恆窮，國家也是，這是一場強國之間的遊戲，沒有技術資源的國家是很難加入這場盛宴」，本章節就來介紹台灣的超級電腦和現代基礎設施。

The rich get richer and the poor do the best they can.
They'll have to...
The fact of the matter is this is a rich country's game, right?
來源 - Eric Schmidt被備份的逐字稿，這當中還有很多有趣的大實話，非常值得一看XD

LLM主要的使用有訓練（微調）和推理，推理並不是主要需要算力的部分，通常會需要大量算力的狀況是訓練或微調的部分。

那為什麼微調模型很重要呢？

最主要的原因是可以讓那個模型更了解繁體中文和台灣知識，且在應用上不需要依賴在國外大公司的服務底下，未來能成為一個獨立的local應用服務。如果要能做到這件事情，最重要的就是基礎設施了，也就是LLM龐大的算力使用來源。

在超級電腦或是資料中心的電腦，該怎麼使用做訓練？

包含每個學校可能會提供的VM服務（可能會是虛擬電腦教室之類的名字XD），user看到的畫面通常是去某個網站申請一個VM使用，而非一次去使用整個cluster的幾百台server。

這種服務稱為 IaaS（Infrastructure as a Service）。

常見的像是AWS、GCP、Azure都是屬於IaaS服務。好的基礎設施可以按照所需的資源做分配、讓user更便利的使用到運算資源，更不用煩惱一個新電腦的環境怎麼建設、資源怎麼分配，更不用去做可憐的維運工作XD

舉例來說，現在台大最新的Llama-3-Taiwan-8B-Instruct就是基於最新的超級電腦Taipei-1的H100去做訓練的。雖然筆者是沒機會使用Taipei-1的人，不過基本上會是一個IaaS平台給user申請使用。

什麼是超級電腦？

超級電腦由許多計算節點組成，每個節點都有自己的處理器、記憶體和儲存空間，將多個計算節點組裝串接，就可構建出高效率、高性能的運算平台，並能執行一般個人電腦無法處理的龐大、複雜計算問題。GPU為主的電腦非常適合需要大量運算資源的LLM訓練和推理。視覺上，超級電腦體積非常龐大、甚至可占地一整面網球場，組裝起來的機櫃比人還要高。而其中用電價格更可怕了，每一年都是幾千萬元計費的！

目前世界上最強的超級電腦：Frontier
美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）擁有目前世界上最強的超級電腦，名為Frontier。這台超級電腦使用的是AMD處理器，運算速度達到了1.206 exaFLOPS。

電腦運算速度單位簡介

超級電腦運算速度的指標是FLOPS，這是Floating-point Operations Per Second的縮寫，意思是每秒執行的浮點運算次數，也就是小數的四則運算。

各種FLOPS單位

FLOPS：Floating-point Operations Per Second，每秒執行的浮點運算次數。

1 GFLOPS：每秒可執行10億次浮點運算。
1 TFLOPS：每秒可執行1兆次浮點運算。
1 PFLOPS：每秒可執行1,000兆次浮點運算。
1 exaFLOPS：每秒可執行100京次浮點運算。

台灣的超級電腦

這裡簡單介紹一下台灣的超級電腦。以下內容來自網路，如有錯誤，歡迎指正！

Formosa I~V（Formosa I，997 GFLOPS）、IRIS（不到20 TFLOPS）
Formosa I是台灣的第一部自製超級電腦，能查到的是約20年前誕生的國內第一部叢集式超級電腦，由150臺雙CPU伺服器所構成，其計算能量為997 GFLOPS。
御風者 2011/8~2019國網中心，2019/7~成大計算類比中心（177 TFLOPS）
查的過程中突然出現一個很中二的名字，有驚訝到筆者，連曾待過國網的朋友也不知道有這一台。根據維基百科，「御風者」之名，是以《莊子·逍遙遊》裡描述戰國時代列子潛心修道九年後「御風而行」為典故來命名。
台灣杉一號 2018/5~2024/3 （Taiwania 1，原名Peta HPC，1.7 PFlops）
代替前面幾台捐贈給學術研究單位的電腦，之後會改由四號接手。網路上查到其佔用機房面積為10坪，僅御風者的三分之一，由此可知，在當時已經是非常省電的電腦了。
主要部件：CPU (9座機櫃)
計算核心：25,200個Intel Xeon Gold 6148處理器核心
GPU加速器節點：256個Nvidia P100 GPU (3座機櫃)
Green500 (2018)：排名第31
台灣杉二號 2018/11（Taiwania 2，9 PFlop/s）
AI雲端平台TWCC (Taiwan Computing Cloud，臺灣AI雲) 使用的電腦，可以從官網去申請。
主要部件：GPU
計算核心：2,016個NVIDIA Tesla V100 32GB GPU
TOP500 (2018)：排名第20名
Green500 (2018)：排名第10名
TOP500 (2024/6)：排名第106名

補充：TOP500的比賽是一個從1993開始，每年六月和十一月的超級電腦排名比賽。而Green500則是關注超級電腦在能源效率上使用的比賽。

台灣杉三號 2020/11（Taiwania 3，2.7 PFlop/s）
網路上查到的申請說明，這台需要辦iService帳號告知國網中心計畫名稱和代號之後，才可以使用。網址
主要部件：CPU
計算核心：50,400個
TOP500 (2024/6)：排名第456名
創進一號 2023/7（Forerunner 1，3.5 PFlop/s）
今年6/24開放線上服務，申請流程跟台灣杉三號相同。說明網址
主要部件：CPU
計算核心：62,496個
TOP500 (2024/6)：排名第251名
PRIMEHPC FX1000（一台10個機櫃11.16 PFlop/s，另一台5個機櫃5.6 PFlop/s）
中央氣象局使用的超級電腦，目前是第六代的超級電腦，從2021開始花三年建置，在2024/2啟用，取代被移至高雄科工館的第五代超級電腦。第六代超級電腦分為兩個系統，分為10個及5個FX1000機櫃（同地備援）。
主要部件：CPU
計算核心：184,320個（10個機櫃） + 92,160個（5個機櫃）
GPU：24個伺服器，共192個Nvidia A100 GPU
TOP500 (2023/11)：排名第69名（10個機櫃），排名第140名（5個機櫃）
TOP500 (2024/6)：排名第86名（10個機櫃），排名第160名（5個機櫃）
Taipei-1 在2023年底建置完成 2024/4啟用說明會（22.3 PFlop/s）
目前最有名的一座，初始計劃地點為台北，故名Taipei-1，現在位於高雄軟體園區。裡面4分之1的算力，將提供產官學使用，剩下3/4推測是由NVIDIA公司自行使用。年初有開放申請使用，八月底也有第二次申請，不過從第一次審查結果來看，能申請到的看來應該都是學校計畫、大公司或政府機構，主要是給已經有資料集只差算力的團隊申請。另外未來也有規劃會再建立另一座NV的超級電腦。
主要部件：GPU
GPU：64台DGX （每台8個H100），32台OVX
TOP500 (2024/6)：排名第38名
台灣杉四號（3.4 PFlop/s）
標案由華碩在2023/5得到，目前也正在規畫新的GPU架構臺灣杉五號，國網中心也以5年內將算力提升至100到200PFlops為目標，以滿足國內科學研究、AI應用的需求。將代替退休的台灣杉一號，提供高效能計算資源，主要將用於氣候預測、天體物理模擬、分子模型模擬及工程設計與模擬等研究課題。
主要部件：CPU
計算核心：62,496個
未來規劃：將使用Nvidia Grace CPU Superchip，成為亞洲最省電的超級電腦。