臺灣高速網絡與計算中心發展歷程

李旭豐

從電腦到網絡

上世紀70年代，以電腦為代表的信息技術飛躍發展，由此掀起一場信息技術革命。臺當局也注意到這些，在制定“經濟建設十年計劃”（1980—1989年）時明確提出：將資訊工業作為島內重點發展的戰略性產業。為此還特別制定了“資訊工業部門發展十年計劃”，其目標是：一方面要全力推廣電腦應用，以帶動工業的升級；另一方面要提高技術水平，使資訊工業發展成為新興的高增值輸出產業。計劃中提出，到1989年，臺灣電腦產業總產值應達到46億美元，其中電腦制造業產值39億美元，軟件與信息服務業7億美元，外銷額32億美元，內銷額為14億美元。

為了實施這一計劃，臺當局采取了一系列政策措施，如獎勵投資，給予稅收與資金融通方面的優惠，成立財團法人資訊工業策進會，提供技術協助與服務；大力吸收外資，積極引進先進技術；建立科學園區，提供優良辦廠條件，鼓勵新產品開發，培養專門人才，以促進電腦產業的發展。

臺灣電腦研究分為三個層次，一是由科技主管部門主持安排的基礎性研究與前瞻技術研究計劃，即所謂“上游計劃”，主要由島內各大學承擔，中研院參與；二是由經濟主管部門組織的技術研發專項計劃，即所謂“中游計劃”，主要由工研院和資策會承擔；三是由企業自行開展的新產品開發計劃，即所謂“下游計劃”。

臺灣科技主管部門主持安排的電腦研究計劃主要由臺灣大學、交通大學、清華大學與成功大學等高校的科研機構承擔，這些高校研究課題所使用的經費約占當時臺灣此類科研總經費的80%，重點研究項目包括電腦系統結構、軟件工程、智能接口、計算機網絡與人工智能，總共有19個課題。臺灣科技主管部門每年用于計算機領域的研究經費約4000萬至5000萬新臺幣。

臺灣經濟主管部門主持的電子信息科技專項研究計劃，主要委托工研院電子工業研究所與資策會承擔，先后研制出多種IBM兼容微型機，工研院光電中心則負責承擔臺灣經濟主管部門下達的3.5英寸硬盤機、激光打印機與平面顯示器等新技術研發任務，資策會還負責組織力量開發軟件環境，以提高軟生產率與質量，降低軟件成本，從而促進軟件產業的發展。

最初臺灣民間企業采取進口低檔電腦散件，自己生產纜線、機箱等，組裝后再出口的方式。隨著技術逐漸熟練，慢慢也開始自行生產一些鼠標、鍵盤、軟盤驅動器、光盤驅動器、打印機、顯示器、印刷電路板、電腦主板、顯卡和聲卡、內存芯片，甚至CPU等，開始仿制生產IBM兼容個人電腦，并以價格低廉、交貨迅速作為取勝手段。由于這種個人電腦的標準化特點，技術門檻不高，關鍵是如何通過降低成本、建立起完整的上下游產業供應鏈和擴大生產規模來取得國際市場競爭優勢。在長期的仿制過程中，部分臺灣企業也開展了一些簡單的研發和產品設計，再加上某些局部創新，不斷提高自己的技術水平和實力，由此誕生了一批如大眾、華碩、宏碁、技嘉、仁寶、神達等著名電腦整機或主板廠商。

1981年，臺灣電腦出口額為1.05億美元，；1984年突破10億美元，1987年又增加到37.01億美元；到1989年，臺灣電腦硬件總產值達到54.84億美元，出口額52.44億美元，約占島內總出口額的8.1%。電腦制造業成為僅次于電子、紡織的第三大出口產業，產值居世界第六位，市場占有率3%左右。

1991年，臺當局將資訊工業列為重點發展的“十大新興工業”之一，并制定新的“資訊工業部門十年發展計劃”，提出到2000年，電腦工業總產值達到280億美元，其中硬件制造達到212億美元，軟件與信息服務業68億美元，電腦累計裝機量達到6萬臺，微型機累計達到450萬臺，普及率為每百人20臺，基本實現家家有電腦。此外，計劃中還對培養電腦人才、增加研究發展經費提出新的要求與指標。

為提升資訊技術水平，這一時期由臺灣科技主管部門與經濟主管部門出面，組織實施了一系列研發計劃，如“資訊系統平臺技術發展五年計劃”、“前瞻性資訊與網絡技術研究五年計劃”等，主要針對電腦應用、互聯網軟件、人機界面等核心技術進行研發，由工研院電通所及資策會負責執行，并取得了一定成效，如研制出智慧型代理者技術、電子付款技術、嵌入式視窗系統與瀏覽器技術、多媒體資料輸入及視訊資料壓縮技術、共通性再用元件與應用技術，完成島內首個Java卡和Java資訊機系統、戶口及住宅普查表單電腦識別系統、互動式網絡隨選系統、全球氣象資訊查詢的中文電話語音口語交談系統、黑白商標影像檢索系統及人臉辨識與檢索系統、電子商務平臺等。

島內民間企業在資訊產品研發方面也取得不少成果，如華碩公司研發出雙速SDRAM主板、高解析度即時動態影像擷取與壓縮技術及3D立體圖形影像產生器；中華映管公司研發出17英寸全平面顯示器用映像管及光學模擬設計系統，瑞傳科技公司研發英特爾i840工業用主板，映泰公司研發奔騰4主板及聲卡、DVD解壓縮解決方案、分離式AC-3音效解碼器，宏棋公司研發出衛星用電腦等。

這一時期，隨著國際消費性電子信息產品日益平價化和普及，整個行業的平均利潤率逐年下降，導致市場競爭日趨激烈。出于降低成本等原因，包括康柏、惠普、戴爾、IBM、蘋果、摩托羅拉、西門子、飛利浦、索尼、東芝在內的等很多跨國公司都把自己原來的電腦工廠關閉或賣掉，而將產品的制造外包給生產成本較低的臺灣，自己只保留人數很少的研發和設計團隊及銷售渠道。臺灣一些廠商利用這一機會，專門從事外國品牌電腦的大批量代工生產，也由此成就了一批著名電腦代工企業，如仁寶、廣達、華宇、英業達、鴻海等。

憑著不斷擴大生產規模和降低成本，臺灣電腦硬件制造業產值不斷提高，其中微型機、電腦顯示器、主板、鍵盤、鼠標、顯卡、網卡、光驅、掃描儀等產量先后超越美國、日本、韓國，逐漸位居世界第一。

成立高速電腦中心

為應對電腦網絡技術的發展趨勢，解決島內民間企業研發能力的不足，1991年1月，臺灣行政主管部門批準了科技主管部門與教育主管部門共同規劃的“建設國家高速電腦中心五年計劃書”。同年9月，該中心正式成立，地址位于新竹科學園區研發六路；1993年2月，中心大樓完工啟用，開始運營。

該中心的主要任務從事島內高速計算技術研究、網絡應用推廣與人才培育，同時也是臺灣與國際間高速計算與網絡應用科技交流合作的窗口。中心擁有當時島內計算能力最強的超級電腦IBM SP2 SMP，2000年經過升級擴充及系統環境建設，計算能力達到1710億次浮點運算，居當時全球計算資源能量排行第七十六名。全中心總計算能量約為3500億次浮點運算，可提供不同研究領域約500件研究計劃使用。

該中心成立后，不僅成為全臺灣高速計算應用的網絡樞紐，也是島內首個注重專業應用領域的服務機構，主要工作包括：建立寬帶網絡應用與技術研發環境，將臺灣學術研究網（TANet）與美國國家科學基金會（NSF）高速研究網絡連線，規劃建立臺灣“國家實驗網（NBEN）”，舉辦各類高速計算推廣與應用服務研討會與培訓課程，接受產業界委托，為汽車、電子、資訊及半導體等企業從事電腦模擬技術研發，以及執行科技主管部門與教育主管部門重點科技研究計劃，研發防災與環保生態、計算生命科學、高效能計算核心軟件平臺、微系統電腦輔助設計與模擬、個人電腦叢集及網絡技術等。

上世紀90年代，臺灣學術研究網絡僅有1990年教育主管部門建設的TANet及1997年高速電腦中心建立的TANet2，沒有光纖，帶寬仍以MB（兆）為單位，與36個學術研究機構連線，并可與美國、加拿大、新加坡、荷蘭及以色列等國研究網絡連線。

2000年，臺灣科技主管部門投入該項研究經費從之前的每年300億元新臺幣左右增加到550多億元，該中心人員增至近百人，在島內開展高速計算推廣與應用服務，舉辦各類研討會與培訓課程100多場次。接受汽車、電子、資訊及半導體等企業委托，開展包括神達電腦公司新一代臺式個人電腦熱模擬技術研發、建興電子公司光碟機內流場分析、中華汽車公司汽車碰撞安全性實驗及零件模擬分析。此外，還從事防災與環保生態數位、計算生命科學、高效能計算核心軟件平臺、微系統電腦輔助設計與模擬、個人電腦叢集及網絡技術等重點科技計劃研發。

2003年1月，該機構改制為“國研院高速網絡與計算中心”（簡稱“國網中心”），并承接臺灣行政主管部門委托的“挑戰2008全球學術研究網—亞太中樞計劃”，2004年建成“臺灣高品質學術研究網”（TWAREN），帶寬是以前的20倍，并在南部科學園區建成高品質網絡維護運行中心。

此外，該中心于2003年11月自行研制出臺灣第一部超級計算機“福摩薩1”（Formosa 1），位于當年世界五百大超級計算機排行榜第135名。2005年升級完成“福摩薩2”。到2012年初，已升級完成第五代“福摩薩5”，在歐洲2012年ISC2012國際高速計算會議中公布的第39屆TOP500中排名第232位。

該中心的任務是作為計算、儲存、網絡、平臺整合的前瞻云計算技術先導，提供島內各界高速計算、高品質網絡、高效能儲存、大數據分析及科學工程模擬等云計算整合服務。為有效支持臺灣研發團隊高速計算與大數據庫發展，國網中心構建科技研發平臺，范圍涵蓋工程與科學、環境與災防、生物醫學及數字文創等應用領域，打造一流的國際級高速計算中心。

推動臺灣電腦與網絡科技發展

目前，該中心設有云計算與系統整合組、軟件發展組、網絡與資訊安全組、計算設施組、高速計算與應用組、企劃推廣組等技術部門，在臺南和臺中科學園區設有辦事機構，工作人員有200余人，是“國研院”中人數最多的研究中心。

2011年5月，國網中心安裝完成全臺灣最大計算能力的開放式高速計算主機“御風者”（ALPS），擁有512個一般計算節點、32個大存儲計算節點，全系統共有25，600個計算核心（采用AMD Opteron 6174 2.2GHz中央處理器），73，728GB存儲器，搭配存儲節點共1074TB硬盤空間，整體效能可達177.1兆次浮點運算，可提供島內以往無法執行的大尺度并行計算服務，主要客戶應用領域包括大氣科學、臺風洪水、計算化學、計算流體動力、工程計算等。

國網中心自建的島內最大GPU（圖像處理器）運算“福摩薩5”并行計算機（也稱叢集系統），其由88臺計算節點所構成，每臺計算節點配備2個六核中央處理器、3個圖形計算加速卡、96GB存儲器盤及InfiniBand 40Gb/s高速網絡，經過調校后，整體最佳效能為每秒89.94兆次浮點運算，于2012年8月正式開放。

“福摩薩3”是國網中心自建的臺灣第一座算圖農場（Render Farm）以及IaaS云計算服務平臺，擁有76臺服務器，每臺服務器配備兩顆6核Intel Xeon x5660 2.8GHz處理器、InfiniBand 40Gb/s高速網絡、48GB存儲器，搭配儲存節點共38.4TB硬盤空間，實際獲得整體最佳效能為9兆次浮點運算，于2011年8月起開放IaaS云計算服務，提供虛擬機器租賃服務，并于2011年11月啟用算圖農場，以提供島內設計界及文創產業對于動畫算圖的大量高速運算需求服務。

“臺灣高品質學術研究網”（TWAREN）采用20Gb/s光纖骨干網，連結臺北、新竹、臺中以及臺南4個主節點，并從主節點向外以10Gb/s帶寬連接13所島內各地大學作為骨干網接點，以提供全臺灣大專院校及各級學術研究機構高效能與優質的網絡服務。

該中心正在規劃建設臺灣新一代100G骨干網，連接13個Giga POP節點。對于參與未來網絡研究的連線機構，提供以VPLS多點VPN連接軟體定義網絡（SDN）的方式，使各網絡研究機構得以接入TWAREN SDN測試平臺，并通過5Gb/s帶寬國際線路，連接美國洛杉磯、芝加哥及紐約的國際學術研究網絡交換中心，與世界各國學術研究網絡互聯。

2013年，國網中心共為島內754件專題研究計劃、3000位用戶提供高速服務，總計近500萬用戶使用TWAREN。在網絡技術研發方面，該中心積極進行信息安全與軟件定義網絡（SDN）的技術研發，研發島內首座SDN測試平臺，啟動全臺灣首座惡意程式知識庫，主動監測捕捉即時惡意程式，提升島內信息安全及網絡防御能力。此外，還建立地球科學數據庫與防災數據庫，涵蓋環境、防災、生醫等領域，整合“國研院”太空遙測、海洋科學、大氣水文與強震地質資料的儲存與管理，利用大數據搜尋及3D影像技術，構建防災管理平臺，協助對“海洋坦克”號油輪在澎湖擱淺造成的環境污染損害進行賠償訴訟。

在網絡與資訊安全技術方面，該中心已在“臺灣高質量學術研究網”（TWAREN）上建立骨干防御云系統，輔以資訊安全情資分析平臺，協助TWAREN上各學術研究機構進行資訊安全防護，并在與國際研究網合作的未來網絡研發方面，發展跨網域網絡拓樸產生技術，有益未來網絡管理。

所謂“骨干防御云系統”，包含“控制者”、“分配者”、“過濾者”與“分析者”幾部分。目前“過濾者”已與該中心云計算主機“福摩薩3”整合，可在其上巨量對骨干網絡流量資訊進行快速比對運算，過濾出在骨干上受攻擊的流量資訊；“分析者”部分除自行開發外，也與島內研究機構合作，讓其開發的Flow分析程序掛上防御云系統，進行網絡安全研究。在“控制者”部分，該中心開發出防御云管理系統，可新增/刪除比對過濾規則來找出受攻擊的范圍，并可即時控制TWAREN骨干設備的設定，在骨干網絡上做第一時間的防堵。

在自由軟件研發方面，2008年，該中心將以往研制的快速布署無硬盤軟件“企鵝龍”與云計算資料探勘軟件Apache Hadoop進行整合，開發出臺灣第一個公用多人Hadoop資料探勘實驗并行軟件“黑肚龍”，并提供該中心Hadoop實驗并行對外服務。

由該中心自由軟件實驗室研發的“再生龍”是一種快速自動再生還原系統軟件，適用于電腦整機系統備份、裸機還原或災難復原，獲得國際知名雜志PC Magazine評選為2011年最佳備份軟件之一。

“抓抓龍”是一種開源碼的并行式搜尋引擎建制和管理工具，支持html、pdf、word等多種文件格式的搜尋，并提供搜尋引擎的管理，如爬取設定管理、并行節點管理、索引庫管理，讓使用者能更輕松地建立自己專屬的搜尋引擎，目前已開始建立多人個人化搜尋引擎服務。

“云端簡單龍”是該中心2011年成功研發出的世界上第一套云計算網上操作系統，讓使用者簡單快速地打造專屬的私有云，將存儲、網絡、計算等服務一次到位。