獨家｜10億超級電腦裝GPU精準預測 氣象署AI遇山陀兒也有極限
【記者王良博／台北報導】人工智慧（AI）風潮吹進氣象署！氣象署今年啟用造價10億元、總重達15公噸的第六代氣象超級電腦，為了配合AI技術的算力需求，還特地裝上GPU（圖形處理器），整體算力是第五代的7倍以上，新的超級電腦可讓天氣預報更為精準，也不會因運算量增加而延長作業時間。以今年7月凱米颱風來說，就靠著超級電腦，準確預測了降雨量與降雨熱區。
不過，近期山陀兒颱風來襲，氣象署被外界質疑降雨量預報失準，對於為何有了超級電腦，卻還是報不準，氣象署解釋，超級電腦是氣象預報的基礎建設之一，但氣象預報的技術仍有極限，對於影響因素較多的秋颱，各國的預報能力都相當困難，會持續努力。
超級電腦重達15公噸
氣象署今年2月正式啟用第六代的超級電腦，造價高達10億元。氣象署數值資訊組副組長沈里音表示，第六代超級電腦從2021年開始建置，直到去年才完工，過程中分成3期來建置，包含舊的超級電腦上的程式移植、在有限空間內拆除舊機器並安裝新的超級電腦等。
對於這部超級電腦的規格，沈里音說，超級電腦採用富士通「富岳」系統，由15個機櫃組成，每個機櫃約一公噸重（1000公斤），連地板都為此特別強化，才能順利承重。
他進一步表示，機櫃中CPU（中央處理器）採用的晶片，由台積電代工，另也放入輝達（NVIDIA）的GPU（圖形處理器）A100晶片。
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超級電腦等同4.6萬台PC
在超級電腦效能方面，沈里音說，第六代超級電腦的效能，相當於4.6萬台的PC（個人電腦），算力則有15PFlops（千兆浮點運算）。
此外，第六代的超級電腦與以前的超級電腦，最大差別在於放入GPU。沈里音指出，加入GPU可讓數值天氣預測模式更快，也能進行AI天氣預測，為了使用AI運算幫助天氣預測，才決定把GPU放進超級電腦，是氣象署的新嘗試。
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提高預報解析度精準掌握天氣
至於實際上的效益，沈里音表示，第六代超級電腦帶來算力增加，增加算力可以讓數值天氣預測模式的解析度增加。
數值天氣預測模式，是利用物理原理以及現在的天氣觀測資料等，去模擬未來的天氣現象，解析度提高，可以模擬出更真實的大氣現象，也就能讓天氣預報更加準確。
沈里音也解釋，數值天氣預測的解析度分為水平解析度、高度層解析度，假設解析度從3公里變成1公里，水平解析度的運算量就增加4倍，而高度解析度至少增加10倍運算量，因此數值預測模式的解析度越高，算力需求就越大。
針對目前第六代超級電腦對數值天氣預測模式解析度的提升，沈里音指出，在區域模式的預測上，已能從3公里解析度，提升為1公里解析度。
解析度提升以後，可以更加精確掌握台灣複雜的天氣現象，像是降雨的範圍、降雨量，都可以預估得比較精準，對防災、救災有更好的應用。
算力比第五代增加7倍以上
此外，超級電腦也讓數值預報變得更快。沈里音說，當數值天氣預報解析度提高，運算量也會增加，需要更多時間才能完成預報，但第六代超級電腦的算力比第五代高出7倍以上，再配合GPU加入協助CPU的運算，反而讓整體作業時間略為縮短。
另外，對於第六代超級電腦的應用，沈里音舉例，2月啟用之後，7月凱米颱風來襲，氣象署透過超級電腦，事先掌握了降雨型態、降雨時間點，成果不錯，像是預估總雨量1800毫米左右、中南部山區與南部平地是主要降雨區，都符合實際情況，相關預報也事先提供給政府單位進行應變。
氣象署聯手輝達讓預報更準
除了超級電腦之外，近年氣象署也希望應用AI，幫助天氣預報、地震警報。
在天氣預報方面，氣象署和輝達（NVIDIA）合作，讓輝達製作出名為CorrDiff的新型生成式AI模型，CorrDiff可以在短短幾分鐘內，就把較為粗糙的天氣預報資料變得更細緻，讓天氣預報更為準確。
氣象署科技發展組組長張保亮說，把天氣預報資料變成更為細緻，以超級電腦來進行，得花上2到3小時，反倒CorrDiff只要約1到2分鐘就可完成。不過，CorrDiff等AI模型在訓練階段，需要大量算力，超級電腦可提供算力資源，CorrDiff還無法取代超級電腦。
目前CorrDiff產出的資料，已能提供給氣象署的預報員，作為進行天氣預報的參考。
AI助地震警報更快速
至於地震警報部分，氣象署也和學界合作，開發AI地震警報系統，希望藉此提升警報速度或準確度。
氣象署目前跟台科大、中央大學合作，兩間學校都開發出基於AI技術的地震警報系統，可以利用初期的地震波，來推估後續的地震強度，藉此對有風險的地方發出警報。
以台科大研發的地震警報系統來說，地震發生後4秒到5秒就能發出警報，比現行的地震警報，大約7秒到10秒快上許多，能爭取到更多應變時間。
不過，AI地震警報系統準確度，仍然不夠穩定，目前還無法當成國家級警報的發布依據。
另外，近期山陀兒來襲，氣象署被質疑低估降雨量，預報的準確度不如凱米颱風時期。
山陀兒颱風期間，新北市金山一對夫婦被水沖走不幸身亡，台大天氣研究中心就質疑，氣象署10/3傍晚到10/4預報的北海岸12小時累積雨量，只有70mm，但實際上金山區10/4下午14時到17時，三小時的雨量就達到250mm。
對此，氣象署氣象預報中心主任陳怡良說，每個颱風的預報難度都不一樣，山陀兒是秋颱，秋颱會受到許多不同因素影響，造成路徑、風雨的變化，因此預報難度非常高，對全世界現今的預報能力都相當困難。
他也提到，秋颱帶來的部分極端風雨，例如短延時強降雨，降雨的區域不大，可能就只是颱風中的其中一條雨帶所帶來的雨勢，也會帶來龐大雨量，但目前世界各國的預報能力，都無法提早預警。
至於為何有了高價的超級電腦，卻未必能準確預報颱風帶來的風雨，陳怡良指出，超級電腦是氣象預報的基礎建設之一，但氣象預報的技術仍有極限。
他也強調，對於氣象預報的準確度，會持續檢討、努力，一些力有未逮之處希望外界諒解，如果中央機關、各地方政府、防救災單位等，在使用氣象資料上有需要，都歡迎跟氣象署交流，樂意幫助政府機關的決策。
