美國能源部（DOE）旗下的橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory, ORNL）長期肩負 高效能運算（HPC）、AI 研究與科學探索的重要使命。隨著科研需求日益增加，實驗室面臨龐大數據處理、AI 模型訓練與量子計算的挑戰。尤其是跨領域科學研究，包括 精準醫療、癌症研究、核能、航太 等應用，需要極高運算能力與安全可靠的資源管理。
在此背景下，DOE 決定建置 次時代百萬兆級超級電腦「Discovery」 與 AI 叢集「Lux」，以支援科研創新、推進生成式 AI 應用，並保持美國在 HPC 與 AI 技術 的領導地位。
⚠️ 痛點與 AI 導入動機
運算需求與資源分散
橡樹嶺國家實驗室的 Frontier 超級電腦雖已突破百萬兆級運算門檻，但面對 多模態 AI 訓練、分散式科研任務，資源分配與運算彈性仍存在瓶頸。科研人員需要同時存取 GPU 與 CPU 資源，並在多租戶（multi-tenant）環境下共享運算平台，以支援不同領域的 AI 與 HPC 計算需求。
資料存取與治理挑戰
科研資料龐大且高度敏感，必須確保 資料完整性與安全性，外部雲端服務難以完全滿足機密性與合規需求。此外，AI 模型訓練與推論需要快速存取大規模資料，傳統 HPC 架構難以同時兼顧 高效能運算與安全管理。
流程與科研效率壓力
跨學科合作、生成式 AI 訓練以及大規模科學模擬流程複雜，手動管理耗時且容易出錯。科研人員需快速部署模型並取得運算資源，若缺乏整合式平台，將影響 科研產出與突破速度。
基於上述痛點，DOE 選擇 HPE 建置 Discovery 與 Lux 系統，結合 HPE Cray Supercomputing GX5000、ProLiant Compute XD685 與分散式儲存系統 K3000，在 本地算力 上打造可持續擴展、兼顧 HPC 與 AI 的下一代運算平台，目標提升 科研效率、AI 訓練與推論能力，同時保障 資料安全與多租戶管理。
⚙️ 技術與硬體選擇首要考量
Discovery：次世代百萬兆級超級電腦
Discovery 採用 HPE Cray Supercomputing GX5000 平台，統一 AI 與 HPC 架構，簡化全站點及分散式叢集的運作。搭配 HPE Cray Supercomputing Storage K3000，內建 分散式非同步物件儲存（DAOS），支援高效資料讀寫與大規模 AI 模型訓練，預計可將特定應用程式的生產力提升十倍。
Lux：專用 AI 叢集
Lux 採用 HPE ProLiant Compute XD685，搭載 AMD Instinct MI355X GPU、AMD EPYC CPU 與 AMD Pensando™ 網路，並採 直接液冷式（Direct Liquid Cooling） 設計，確保長時間高效運算穩定性。
Lux 支援 將以雲端般的存取方式支援多租戶 連接 主權 AI 工廠（sovereign AI factory），讓採購者、IT決策者更能理解雲＋在地混合、資料主權、租戶結構的重要性。
GX5000 平台：空間與能源效率
HPE Cray Supercomputing GX5000 相較於前代系統，GX5000 在密度與機櫃佔用上降低了約 25%，不僅節省機房空間，也減少冷卻與能源成本。
結合全新的分散式非同步物件儲存（DAOS）架構與高效散熱設計，GX5000 能在高負載運算下維持穩定效能，同時降低整體能源消耗。對於追求 ESG 永續策略及成本效益的政府、科研單位與大型企業資料中心而言，這類空間與能源效率的優化，直接影響長期運行成本與可持續性規劃。
核心設計考量
- 效能穩定：兼顧 HPC 與生成式 AI 訓練需求，避免運算瓶頸
- 資料安全與治理：本地算力與分散式儲存確保敏感科研資料安全
- 資源共享：多租戶雲端環境讓科研人員可依需求快速部署模型
- 延展性與可持續性：平台可隨科研需求擴充 GPU/CPU 與存儲資源
🚀 目前成效與未來展望
Discovery 與 Lux 系統已確立橡樹嶺國家實驗室的 HPC 與 AI 領導地位：
- Discovery 提供 百萬兆級運算能力，加速精準醫療、癌症研究、核能與航太領域科研突破
- Lux 支援 生成式 AI 訓練與推論，科研人員可像雲端使用平台般存取資源，提升 模型訓練與資料分析效率
- 平台整合 HPC 與 AI，使科研工作流程簡化，從資料存取、模型訓練到結果分析更高效
- 多租戶、分散式儲存與液冷伺服器確保 長期穩定運作與資料安全
展望未來，Discovery 與 Lux 將持續作為美國科研的 核心基礎設施，支持 AI、HPC 與量子運算 的深度整合，推動科學研究、能源創新與國家安全領域的突破，確保美國在 超級運算與 AI 技術 的全球領導地位。
透過 HPE 為 DOE 建置的 Discovery 百萬兆級超級電腦 與 Lux AI 叢集，科研人員得以在安全可靠的本地算力環境中，加速 生成式 AI 訓練、高效能運算與科研創新。這不僅標誌著 HPC 與 AI 技術的深度融合，更為全球科研設施提供了可借鏡的 多租戶 AI 與超級運算平台範例。
報導來源：
經濟日報 https://hpe.pse.is/8b4u84
CXOinsight https://hpe.pse.is/8b4u84
