超級運算、人工智慧和數位孿生：西班牙語完整指南

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超級運算和人工智慧已成為當今科技領域最熱門的組合。我們不再只是談論隱藏在科學掩體中的巨型資料中心，而是談論能夠創建地球、人類心臟或整個城市的數位孿生體的機器，甚至是能夠（或多或少）放在辦公桌下的桌面超級電腦。

同時，人工智慧領域正經歷階段性轉變：從訓練龐大模型的狂熱，轉向了推理──也就是在日常任務中充分利用這些模型。硬體製造商、研究中心和大學競相提供各種產品和服務，從巴塞隆納超級運算中心 (BSC)或歐洲 LUMI 等超級運算中心，到緊湊型伺服器和支援人工智慧的桌面電腦，應有盡有。

超級計算究竟是什麼？它的能力又是如何衡量的呢？

我們談論超級運算時，指的並非一台性能強勁的個人電腦，而是由數千台電腦組成的集群，它們協同工作，如同運行一台單一的機器。每台電腦都是一個節點，擁有自己的CPU、GPU、記憶體和儲存設備，所有節點都透過超高速互連網路連接，從而最大限度地降低延遲——延遲是效能的最大敵人。

這些機器的運算能力以FLOPS（每秒浮點運算次數）來衡量。家用電腦的運算速度可達兆次浮點運算（TFLOPS）等級。而在超級運算領域，運算速度則完全不同：我們通常談論的是千萬億次浮點運算（petaFLOPS ，每秒^10¹⁵次運算），而最先進的系統甚至可以達到百億億次浮點運算（exaFLOPS ，^{每秒10¹⁸次運算}）。美國的Frontier公司率先正式突破了百億億次級運算的門檻。

舉個例子，一台現代超級電腦一小時就能完成家用電腦需要數年才能完成的計算。正是這種驚人的運算能力，使我們能夠模擬從颶風到蛋白質動力學的一切現象，或訓練擁有數兆個參數的人工智慧模型。

超級電腦的物理外觀是什麼樣的？為什麼它們需要如此多的冷卻？

從外觀上看，超級電腦與一般桌上型電腦截然不同。它通常像一個擺滿金屬機櫃的房間，每個機櫃裡都裝著數百個處理器、GPU 和硬碟。其強大的運算能力使其能耗高達數兆瓦，而其中相當一部分能量會以熱量的形式散失。

正因如此，這些系統需要配備極致冷卻系統的專用機房：工業級溫控系統、冷熱通道、晶片直接液冷，甚至還有一些巧妙的方法來利用這些熱能。例如，在瑞士，超級電腦產生的熱量被用來為大學建築供暖，化劣勢為優勢。

在某些情況下，會使用高度精密的保全和防護系統，例如配備特殊滅火系統的玻璃外殼，該系統使用微粉化水滅火，既能撲滅火災，又不會損壞電子設備。巴塞隆納的初代MareNostrum超級電腦就是如此，它安裝在加泰隆尼亞理工大學的教堂內，可能是世界上位置最獨特的超級電腦之一。

數位孿生革命：從地球到人類心臟

超級運算和人工智慧的結合正在推動一個關鍵概念的出現：數位孿生。它們不僅僅是虛擬模型，而是動態副本，能夠近乎即時地整合現實世界的數據，從而模擬、預測和優化物理世界中發生的事情。

在歐洲，歐盟委員會正在推進「地球目的地」（DestinE）計劃，該計劃旨在幾年內開發出一個高精度的地球數位孿生模型。由於歐盟最強大的超級電腦——LUMI，我們可以進行高解析度、長期的氣候模擬，將大氣、海洋和陸地表面納入其中，其細節程度此前只有短期天氣模型才能達到。

根據HPE HPC/AI EMEA研究實驗室負責人Utz-Uwe Haus介紹，這項功能有助於更好地了解極端事件，從而更好地進行災害管理、研究氣候變遷情景，並評估冰川、海冰、植被和氣溶膠對全球氣候的影響。此外，它還能實現一項非常實用的功能：以極高的精度預測局部影響，例如區域或城市尺度的平均降雨量、乾旱或洪水。

這直接影響農業規劃（特定地區適合種植哪些作物以及風險程度）、再生能源投資（預測未來幾十年的日照時間和風力資源）以及基礎設施設計。這清楚地表明，超級運算不再是抽象的概念，而是開始影響非常具體的經濟決策。

城市、河流和港口中的數位孿生

數位孿生技術的應用並不限於全球氣候。巴塞隆納都會區擁有涵蓋其164個市鎮的數位孿生模型，可以模擬未來幾十年城市、經濟、交通、住房和知識等方面的發展情景。在現實世界中做出決策之前，政策和規劃都可以在這個虛擬模型上進行測試。

在港口和內河運輸領域，塞維利亞港正在開發瓜達爾基維爾河航道的數位孿生系統Guadaltwin，作為其數位化計畫的一部分。該系統整合了人工智慧和機器學習技術，旨在改善對內河交通、吃水管理、潮汐、基礎設施和安全等方面的預測和決策。

即使在看似截然不同的領域，例如高能物理和時尚，數位孿生技術也開始滲透到各個行業。歐洲核子研究中心（CERN）正在研究如何將這些模型應用於粒子物理實驗、機器人技術和冷卻系統，而像H&M這樣的公司則為廣告宣傳活動創建了真人模特兒的數位模型，引發了關於肖像權和創意作品未來的討論。

人體作為下一個偉大的數位孿生體

最具挑戰性的領域之一在於醫療保健。像倫敦帝國學院史蒂文·尼德勒（Steven Niederer ）帶領的團隊這樣的研究團隊，正在致力於建立個體心臟的數位孿生模型，這些模型能夠精確地模擬心臟的形狀、大小和功能。這些模型可以模擬手術和治療過程，且不會為患者帶來風險，目前已被應用於臨床試驗和介入方案製定中。

瓦倫西亞理工大學的安德魯·克萊門特和瑪麗亞·德拉薩盧德·吉列姆等研究人員認為，這些數位心臟孿生體對於治療複雜心律不整、確定哪些患者適合植入式除顫器以及預測猝死風險至關重要。而他們的長期目標則更為宏大：建構完整的人體數位孿生體，以便能夠測試各種療法、調整藥物劑量，並最大限度地實現個人化醫療。

人工智慧、超級運算以及從訓練到推理的轉變

多年來，人工智慧領域的大部分投資都用於訓練規模越來越大的模型，尤其是在生成式人工智慧領域。如今，重點顯然正在轉向推理：在生產環境中大規模、持續地使用這些模型，並降低每次操作的成本。

這種轉變在CES 2026上表現得非常明顯。聯想等製造商推出了專為推理而設計的伺服器，例如ThinkSystem SR675i、SR650i和ThinkEdge SE455i，這些伺服器可以在資料來源附近（即所謂的邊緣）運行 AI 模型。

Origin PC 現已成為 Corsair 生態系統的一部分，該公司展示了S-Class Edge AI 開發套件，這是一個緊湊、即用型的平台，用於在網路邊緣開發 AI 應用。其理念是，小型開發或研究團隊無需依賴雲端或龐大的外部資料中心，即可測試和部署 AI 應用程式。

在 CES 上亮相的大多數 PC 製造商都遵循了相同的路線：宏碁推出了 RA100 AI 迷你工作站和更新的 Veriton 桌上型電腦；LG GRAM具備雙重 AI 功能（本地 + 雲端）；華碩推出了一系列新的 Vivobook 和AI創作者的ProArt PX13合一二合一； EliteBook、EliteBoard、Omnibook 和 OmniStudio，所有這些產品都具備AI 加速和資料處理能力。

超級計算最終落到了桌面層面：“桌面超級電腦”

一個特別有趣的趨勢是本地超級運算，這類機器雖然規模不如國家級超級電腦中心，卻能在桌面級設備中提供驚人的運算能力。在2026年國際消費電子展（CES）上，技嘉（透過其子公司技嘉運算）發布了技嘉W775-V10，一款真正的「桌上型超級電腦」。

該系統整合了NVIDIA AI 技術堆疊和NVIDIA GB300 Grace Blackwell Ultra 桌面加速器等頂級組件。其目標是使 AI 團隊能夠在不依賴雲端或外部資料中心的情況下訓練和推理複雜模型，同時保持對資料和運行時環境的完全控制。

同時，CES 也更新了組件生態系統：英特爾酷睿 Ultra處理器、AMD Ryzen處理器、高通驍龍 X2 Plus晶片、鎧俠 BG7 固態硬碟、技嘉先進的 DDR5 記憶體以及微星更新的主機板，所有這些都旨在支援資料密集型和 AI 密集型工作負載。

在周邊領域，Corsair等品牌展示了他們最新的高階滑鼠和鍵盤，而Anker、eufy和soundcore則專注於智慧連網裝置。甚至還有一些有趣的小玩意兒亮相，例如Plaud Notepin S，這是一款由人工智慧驅動的小型筆記設備。

超級電腦如今被用於哪些領域：從新冠疫情到空氣品質

超級電腦幾乎總是用於一些尖端研究領域，在這些領域，普通個人電腦需要花費很長時間才能完成計算。它們的經典應用包括氣象學和氣候學、地震模擬、天文物理學、地球物理學、生物學、醫學、藥物設計和航空航天工程等領域的研究。

在新冠疫情期間，多台超級電腦被用來模擬病毒蛋白的行為、測試分子組合併加速藥物研發。大規模模擬使研究人員能夠排除前景不佳的方法，並將精力集中在最有可能成功的化合物上。

像巴塞隆納超級運算中心這樣的機構已經展示了非常具體的例子：他們利用感測器數據和流體動力學模型訓練神經網路來控制焚燒爐，並透過減少排放來提高燃料利用率；或根據多年的歷史數據，以驚人的準確度預測大城市的空氣品質。

另一個引人注目的例子是DeepMind開發的AlphaFold系統，它能夠根據氨基酸序列預測蛋白質折疊。這項諾貝爾獎等級的難題得益於人工智慧、大數據和超級運算的爆炸性結合。它對生物醫學和藥物設計的影響巨大，以至於全球數萬名研究人員每天都在使用其成果。

超級運算的常見用途

• 天氣和氣候預測 從中長期來看。
• 地震、海嘯與天災模擬 減少損失。
• 飛機、車輛和火箭的設計與測試 使用空氣動力學模型。
• 藥物發現與設計 以及分子相互作用研究。
• 天文物理學與宇宙學星系、恆星和黑洞的形成。
• 空氣品質和大氣成分 在各個地區和城市。
• 大數據和社會模擬文化演進、人口流動、智慧城市。
• 安全與國防從核武模擬到雷達和複雜系統的數位孿生。

大型超級電腦位於哪裡？西班牙在其中扮演什麼角色？

自 1993 年以來， Top500榜單每年兩次對全球 500 台最強大的超級電腦進行排名。雖然中國在該榜單上的系統數量領先，但美國在總算力方面保持領先地位，尤其是像 Frontier 這樣的機器。

目前全球領先的電波望遠鏡包括日本的富嶽（Fugaku），它多年來一直處於領先地位；美國的薩米特（Summit ）和塞拉（Sierra） ；以及中國的神威太湖之光（Sunway TaihuLight）和天河二號甲（Tianhe-2A），它們也曾一度佔據榜首。義大利擁有HPC5和馬可尼-100等系統，而瑞士則擁有皮茲·丹特（Piz Daint），它長期以來一直是歐洲的領頭羊。

在西班牙，基準測試是位於巴塞隆納超級運算中心的MareNostrum超級電腦。自2004年首個版本問世以來（當時算力約為42,4兆次浮點運算/秒），它已發展到目前的MareNostrum 4，算力約為13,7千萬億次浮點運算/秒。新一代MareNostrum 5在功耗和能耗方面將實現幾個數量級的飛躍，它是歐洲發展百億億次級基礎設施策略的一部分。

西班牙超級運算網路（RES）是一個特別重要的網絡，它匯集了分佈在不同自治區的超級運算中心和機器，並為全國各地的研究人員提供服務。在此基礎上，伊比利亞美洲超級運算網路也已建立，連接了墨西哥等國以及其他拉丁美洲夥伴的資源，以進行聯合專案。

在區域層面，馬拉加大學的畢卡索超級電腦等設施尤其突出，它擁有約 40.000 萬個運算核心和 180 TB 的記憶體。畢卡索不僅服務於馬拉加大學的研究人員，還透過安達盧西亞生物資訊學平台為安達盧西亞用戶提供服務，並透過西班牙生物資訊網路 (RES) 為西班牙各地的科學家提供服務。

由於Linux或其衍生作業系統具有開源、穩定且資源消耗低等優點，這些系統幾乎都運行在Linux或其衍生作業系統上。在此基礎上，建構了一個專業且完善的科學工具、程式設計環境和人工智慧庫生態系統。

參考中心：巴塞隆納超級運算中心及其在歐洲的硬體競賽

巴塞隆納超級計算中心（BSC）是歐洲超級計算和電腦體系結構研究領域的領先機構之一。在馬特奧·瓦萊羅數十年的領導下，BSC從管理一台超級電腦發展成為一個擁有來自50多個國家一千多名員工的中心，下設電腦科學、生命科學、地球科學和社會應用等部門。

BSC 的一大特色在於，它不僅運作機器，還自主研發軟體、演算法甚至處理器。多年來，它一直積極參與歐洲的各項計劃，例如EuroHPC和歐洲處理器計劃 (EPI)，以及基於RISC-V等開放架構的歐洲晶片項目，旨在降低歐洲對美國和亞洲製造商的依賴。

BSC 與其他合作夥伴攜手，推廣了向量處理器、基於 ARM 和 RISC-V 的平台原型，以及一系列名為「Turtle」、「Lizard」和「Chameleon」的設計，這些設計每一代都更加複雜。其中期目標是研發出能夠為「MareNostrum 6」超級電腦提供動力的晶片，這些晶片採用歐洲開發的關鍵運算技術。

這項努力的背後隱藏著一個令人不安的現實：歐洲曾經參與ARM架構的部分設計，但ARM被出售給非歐洲公司以及自身缺乏大型晶圓代工廠，使得歐洲大陸的處境岌岌可危。儘管一些舉措，例如美國為台積電在亞利桑那州的先進生產提供擔保，以及德國和法國透過大量公共補貼吸引晶片工廠落腳西班牙，西班牙仍然面臨著如何在資源相對匱乏的情況下，整合設計、製造和產業生態系統的挑戰。

在此背景下，西班牙的策略包括鞏固像BSC這樣的中心，推廣像RES這樣的網絡，支援開源晶片項目，以及培養電腦體系結構和人工智慧領域炙手可熱的專業人才。正如該中心的負責人所承認的那樣，這些領域的博士畢業生會收到私營企業的高薪聘用邀請，而學術界的薪酬難以匹敵，這並非巧合，也使得人才流失成為一大挑戰。

同時，西班牙其他大學也在加強基礎設施建設，例如馬拉加的畢卡索研究所和遍布全國的RES節點。在許多情況下，這些系統服務於粒子物理、氣候變遷研究、工程、生物資訊學和智慧城市項目，這表明超級計算不再是少數實驗室的專屬奢侈品。

從宏觀角度來看，超級運算顯然已經從實驗室裡的奇觀發展成為氣候、健康、安全、經濟甚至城市、車輛和藥品設計等各個領域的關鍵基礎設施。同時，人工智慧從實驗室走向生產，以及數位孿生技術的興起，正將部分超級運算能力帶到專用伺服器，甚至工程師和科學家的桌上型電腦上。這使得超級運算不僅沒有消失，反而日益融入我們的日常生活，即便我們常常難以察覺。