擁有臺灣最大超級電腦的中央氣象局,為了支撐起其內部IT架構,資訊中心也早早引入分散式系統的思維,應付日益增加的運算、儲存需求 程家平 中央氣象局氣象資訊中心主任 坐落於北一女中及臺北市立大學中間的中央氣象局(簡稱氣象局),低調地維運一臺可進入排名全球百大的超級電腦,透過它,氣象主播們才能告訴觀眾,究竟今天上班要拿著雨傘出門,抑或注意今日防曬裝備是否準備充足。
這一臺超級電腦是來自於富士通所開發的超級電腦「京」,在2011年為排名全球第一的超級電腦,運算速度達到1.2PFLOPS,目前可列入百大等級的超級電腦。
氣象局目前提供的氣象預報尺度為3公里,逐步在向2公里邁進,為了要提升預報準確率,每天新增的資料集多達數十TB,現有儲存架構也達到10PB的等級,未來還可望擴充到50PB。
一手掌管氣象局IT架構的中央氣象局氣象資訊中心主任程家平表示,氣象局資訊中心成立的目的,就是要支援中央氣象局數值天氣預報作業,「將人類理解的科學現象,用數學公式表達,再用電腦求解。」而數值天氣預報作業是全世界所有氣象局最核心的任務,都必須借助超級電腦的複雜運算能力。
用分散式系統概念打造IT架構 利用超級電腦模擬大氣現象,需經過一長串複雜的過程,從最起頭的接收氣象資料、過濾資料,中間經由電腦運算,最後才產生民眾常見的降雨機率、溫度,以及一周天氣預報等訊息,因此,必須打造一套自動化系統才能完成如此的任務,程家平稱它叫即時導向批次處理系統(Real Time Oriented Batch Processing System)。
從小喜歡玩積木的程家平,高中時開始接觸無線電、音響等類比電子設備,到了大學雖然就讀氣象學系,仍然自己摸索電子學、邏輯電路等學問。程家平表示,資訊科學學習的是基本原則,就像玩積木,「可以用元件組合出想要的東西。」而他也將這樣的思維落實在工作中。
在1995年至2001年,資訊中心正在處於氣象業務全面電腦化的第三期計畫,當時程家平利用分散式系統的概念,設計了一個應用程式框架,叫做網路資訊交換環境系統(Network Information exChange Environment,NICE),「這套系統,就是利用組裝積木的概念設計。」
「理論相當重要,不能只靠直覺式的設計。」因此,在開發NICE框架時,程家平大量地借鏡分散式系統、物件導向的理念,像是在上世紀末開始流行物件導向的設計概念,其中包含多型(Polymorphism)、繼承(Inheritance)、封裝的想法,而每個獨特概念,都能解決開發者所面對的不同問題。程家平認為,要設計物件導向系統時,首先要利用抽象角度審視問題,將特定領域問題抽象化,化約為結構化的思考形式,「開發者就可以利用更廣泛角度,面對不同類型的問題。」
「NICE是一個高度抽象化、物件導向框架」,其中總共有包含數個重要元件,包含管理資訊脈動的資訊路由系統(Information Routing)、程序管理系統(Process Management)、系統監控管理系統(System Monitoring Control)等組件,藉以串接起整套自動化流程。
程家平解釋,首先是掌管資訊流動的資訊路由系統,由於NICE是由許多子系統所組成,而資訊在各系統元件中流竄,因此必須透過資訊路由系統,控制各元件間資訊傳遞的過程。
第二則是程序管理系統,管理系統程序的啟動時機、啟動條件,以及某程序和其他程序間的流程關係。
再者是系統監控管理系統,程家平表示,由於系統所牽涉到的程序、運行邏輯複雜,萬一某子系統故障,將會影響到後續的系統作業,「因此必須在早期階段偵測系統運作。」但是,數以萬計的程序同時在系統中運行,無法透過人力管理,「一定得要藉由電腦管理電腦。」
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