了解什麼是 HPC？5 大 HPC 趨勢，如何進入相關產業一次看

隨著科技進步，不只醫療技術、氣候預測變得更加精準，未來科技自駕車也已出世，而這背後的大功臣正是高效能運算（HPC）。根據 TechNavio 出版的 Global HPC Market 2023-2027 市場調查報告書指出，全球 HPC 市場預計將從 2022 年的 360 億美元成長到 2027 年的 499 億美元，將成為改變人類社會的重要支柱。本篇文章會深入介紹什麼是 HPC，目前 HPC 的產業趨勢是什麼，業界有哪些 HPC 的職缺。千萬別錯過！

高效能運算（HPC）並不是指某種特定裝置，而是聚集運算能力的做法，HPC 是使用多台電腦和儲存裝置作為凝聚結構，透過運算、網路、儲存等 3 三大元件協作，高速處理大量資料的一種方法，以下是 HPC 的 3 大協作元件說明：

1. 運算元件：HPC 系統的大腦，由大量的中央處理器（CPU）和圖形處理器（GPU）組成。由於每個處理器都能同時處理多項運算任務，因此多個處理器可以在工作並行的前提下，大幅提升整體運算效能。
2. 網路元件：相當於 HPC 的神經系統，負責處理器之間的數據傳輸和溝通。對 HPC 來說，高效的網路元件和架構特別重要，因為在進行複雜的科學計算時，不同處理器必須頻繁交換中間結果，計算出正確答案。
3. 儲存元件：儲存元件就像系統的記憶庫，採用高速的固態硬碟（SSD）和分散式儲存系統，提供大規模的數據存取能力。

HPC 就是透過這 3 大元件通過精密的軟體系統協同運作，形成「HPC 叢集」。簡單來說，HPC 系統會自動把一個運算任務分解成多個小任務，再分配給不同的處理器執行，網路系統確保這些處理器能夠及時交換所需數據，而儲存系統則提供快速的數據讀寫支援，透過這種協同運作，HPC 叢集能夠在短時間內完成傳統電腦要花費數週或數月才能完成的複雜計算。

在 IoT、AI 和 3D 影像等技術蓬勃發展下，HPC 的重要性日益提升，以下是 HPC 常見的應用領域：

• 媒體娛樂：在大型體育賽事直播時，HPC 系統能即時處理多機位攝影畫面，並為全球觀眾提供流暢的觀賽體驗。
• 氣象預報：氣象單位運用 HPC 分析來自全球數千個觀測站的數據，結合衛星圖像和歷史數據，建立精確的數值模型，預測颱風路徑，還能評估降雨量、風速等細節數據，協助防災決策。
• 工業設計：HPC 改善了產品開發流程，汽車製造商使用 HPC 進行碰撞測試模擬，無需反覆製作實體原型車進行破壞測試，不僅節省大量成本，更能在虛擬環境中測試更多設計變數，將長達數年的開發週期縮短至數月。
• 金融市場：HPC 支援高頻交易系統即時分析市場數據，在毫秒級別內完成複雜的市場趨勢分析和交易決策。投資機構可以同時監控全球各大交易所的數據，並根據預設策略快速調整投資組合。

根據 StartUs Insights 對 549 家全球新創與擴展期公司的深入研究，以下是推動 HPC 創新的 5 大關鍵趨勢：

AI 演算法能夠優化 HPC 系統效能，透過學習數據來改善不同處理器的資源配置，例如新加坡新創公司 HPC-AI Technology 便開發出創新的雲端軟體平台，成功將訓練時間減少 90%，大幅降低醫療研究和金融預測的運算成本。

HPC 基礎設施建置成本昂貴以及後續的維護成本，都是 HPC 推動的難處，不過在雲端運算的發展下，只要一地建成 HPC 中心，就可以供許多企業使用。美國新創 Nebula Cloud 開發的全託管 HPC 平台，提供多雲優化、增強監控和自動擴展等功能，透過隨用隨付模式，讓中小企業也能負擔 HPC 運算資源。

HPC 的高速運算，支援更複雜精確的數位模擬，讓數位孿生的可行度提升，協助產業進行虛擬測試。美國新創 Collimator 開發的雲端模擬軟體，讓工程師無需管理 HPC 伺服器就能執行大規模模擬，大幅提升研發效率。

在過去的運算中，數據需要從各個終端設備傳送到中央數據中心才能進行 HPC 處理，這不僅造成網路延遲，也增加了數據傳輸過程中的資安風險。Cornelis Networks 則透過邊緣運算技術，讓訊息可以在終端設備（手機、電腦）等高速傳輸，例如緊急救援通訊系統中，救援人員可以在現場即時分析各種感測器數據，無需等待數據傳回中心分析，大幅提升救援效率和決策速度。

HPC 的強大運算能力加速了區塊鏈交易驗證和智能合約執行的速度。英國新創 Cudos 開發的區塊鏈平台創新地連結開發者與全球運算資源池，不僅提升運算效能，也實現了更永續的運算模式。

高效能運算產業持續擴張，人才需求日益增加，而 HPC 產業人才需要具備紮實的教育背景，通常要求至少擁有認可大學四年制學位，主修資訊工程、電機工程或相關領域。

在經驗方面，企業普遍重視支援和部署軟體產品的實戰經驗，特別是在 HPC 調度程式與叢集管理技術的應用上，並且需要具備處理客戶問題並提供解決方案的經驗。

1. 技術能力：需要熟悉 Linux 系統及其高度可擴展性與效能特性，並且精通程式語言與開源工具，例如 OPENMPI 等，以及具備撰寫 Shell Script 的能力，使工程師能夠有效管理和優化 HPC 系統。
2. 問題解決能力： HPC 大多使用 Linux 系統，雖然以穩定著稱，但在 HPC 環境中，由於使用者經常會將運算節點推到極限，系統崩潰的機率反而更高，工程師必須能夠在壓力下保持冷靜，分析問題根源並快速實施解決方案。
3. 科學基礎知識： HPC 系統主要服務於科學研究、工程設計和政府機構等領域，工程師需要理解關鍵技術工具如 Slurm 這種工作負載管理系統、Ganglia 等監控工具，以及任務調度、佇列管理和 MPI 等技術。
4. 溝通與協作能力：成功的 HPC 專案往往是團隊合作的成果。工程師必須具備良好的溝通技巧，能夠清晰記錄專案進展，確保團隊成員之間的資訊流通順暢。
5. 識別系統瓶頸和優化系統：隨著數據量快速增長，儲存常常成為 HPC 系統的瓶頸。工程師需要了解軟體定義儲存和 Ceph-based 儲存技術，能夠評估系統極限並持續改善數據存取效能。

就業市場方面，全球科技大廠如 NVIDIA 等公司經常釋出 HPC 相關職缺，薪資待遇相當具有競爭力，對於掌握上述核心能力的人才，HPC 產業提供了廣闊的發展空間和優渥的報酬。有興趣的讀者可以在 Cake 找工作平台上探索更多相關職缺機會。

我們可以看到 AI、雲端運算、數位孿生等創新技術正不斷擴展 HPC 的應用邊界，除了是技術突破，也有越來越多企業開始運用 HPC 創造商機，對於有志投入 HPC 領域的人才來說，這是一個充滿機會的時代。