台湾高速网络与计算中心发展历程

李旭丰

从电脑到网络

上世纪70年代，以电脑为代表的信息技术飞跃发展，由此掀起一场信息技术革命。台当局也注意到这些，在制定“经济建设十年计划”（1980—1989年）时明确提出：将资讯工业作为岛内重点发展的战略性产业。为此还特别制定了“资讯工业部门发展十年计划”，其目标是：一方面要全力推广电脑应用，以带动工业的升级；另一方面要提高技术水平，使资讯工业发展成为新兴的高增值输出产业。计划中提出，到1989年，台湾电脑产业总产值应达到46亿美元，其中电脑制造业产值39亿美元，软件与信息服务业7亿美元，外销额32亿美元，内销额为14亿美元。

为了实施这一计划，台当局采取了一系列政策措施，如奖励投资，给予税收与资金融通方面的优惠，成立财团法人资讯工业策进会，提供技术协助与服务；大力吸收外资，积极引进先进技术；建立科学园区，提供优良办厂条件，鼓励新产品开发，培养专门人才，以促进电脑产业的发展。

台湾电脑研究分为三个层次，一是由科技主管部门主持安排的基础性研究与前瞻技术研究计划，即所谓“上游计划”，主要由岛内各大学承担，中研院参与；二是由经济主管部门组织的技术研发专项计划，即所谓“中游计划”，主要由工研院和资策会承担；三是由企业自行开展的新产品开发计划，即所谓“下游计划”。

台湾科技主管部门主持安排的电脑研究计划主要由台湾大学、交通大学、清华大学与成功大学等高校的科研机构承担，这些高校研究课题所使用的经费约占当时台湾此类科研总经费的80%，重点研究项目包括电脑系统结构、软件工程、智能接口、计算机网络与人工智能，总共有19个课题。台湾科技主管部门每年用于计算机领域的研究经费约4000万至5000万新台币。

台湾经济主管部门主持的电子信息科技专项研究计划，主要委托工研院电子工业研究所与资策会承担，先后研制出多种IBM兼容微型机，工研院光电中心则负责承担台湾经济主管部门下达的3.5英寸硬盘机、激光打印机与平面显示器等新技术研发任务，资策会还负责组织力量开发软件环境，以提高软生产率与质量，降低软件成本，从而促进软件产业的发展。

最初台湾民间企业采取进口低档电脑散件，自己生产缆线、机箱等，组装后再出口的方式。随着技术逐渐熟练，慢慢也开始自行生产一些鼠标、键盘、软盘驱动器、光盘驱动器、打印机、显示器、印刷电路板、电脑主板、显卡和声卡、内存芯片，甚至CPU等，开始仿制生产IBM兼容个人电脑，并以价格低廉、交货迅速作为取胜手段。由于这种个人电脑的标准化特点，技术门槛不高，关键是如何通过降低成本、建立起完整的上下游产业供应链和扩大生产规模来取得国际市场竞争优势。在长期的仿制过程中，部分台湾企业也开展了一些简单的研发和产品设计，再加上某些局部创新，不断提高自己的技术水平和实力，由此诞生了一批如大众、华硕、宏碁、技嘉、仁宝、神达等著名电脑整机或主板厂商。

1981年，台湾电脑出口额为1.05亿美元，；1984年突破10亿美元，1987年又增加到37.01亿美元；到1989年，台湾电脑硬件总产值达到54.84亿美元，出口额52.44亿美元，约占岛内总出口额的8.1%。电脑制造业成为仅次于电子、纺织的第三大出口产业，产值居世界第六位，市场占有率3%左右。

1991年，台当局将资讯工业列为重点发展的“十大新兴工业”之一，并制定新的“资讯工业部门十年发展计划”，提出到2000年，电脑工业总产值达到280亿美元，其中硬件制造达到212亿美元，软件与信息服务业68亿美元，电脑累计装机量达到6万台，微型机累计达到450万台，普及率为每百人20台，基本实现家家有电脑。此外，计划中还对培养电脑人才、增加研究发展经费提出新的要求与指标。

为提升资讯技术水平，这一时期由台湾科技主管部门与经济主管部门出面，组织实施了一系列研发计划，如“资讯系统平台技术发展五年计划”、“前瞻性资讯与网络技术研究五年计划”等，主要针对电脑应用、互联网软件、人机界面等核心技术进行研发，由工研院电通所及资策会负责执行，并取得了一定成效，如研制出智慧型代理者技术、电子付款技术、嵌入式视窗系统与浏览器技术、多媒体资料输入及视讯资料压缩技术、共通性再用元件与应用技术，完成岛内首个Java卡和Java资讯机系统、户口及住宅普查表单电脑识别系统、互动式网络随选系统、全球气象资讯查询的中文电话语音口语交谈系统、黑白商标影像检索系统及人脸辨识与检索系统、电子商务平台等。

岛内民间企业在资讯产品研发方面也取得不少成果，如华硕公司研发出双速SDRAM主板、高解析度即时动态影像撷取与压缩技术及3D立体图形影像产生器；中华映管公司研发出17英寸全平面显示器用映像管及光学模拟设计系统，瑞传科技公司研发英特尔i840工业用主板，映泰公司研发奔腾4主板及声卡、DVD解压缩解决方案、分离式AC-3音效解码器，宏棋公司研发出卫星用电脑等。

这一时期，随着国际消费性电子信息产品日益平价化和普及，整个行业的平均利润率逐年下降，导致市场竞争日趋激烈。出于降低成本等原因，包括康柏、惠普、戴尔、IBM、苹果、摩托罗拉、西门子、飞利浦、索尼、东芝在内的等很多跨国公司都把自己原来的电脑工厂关闭或卖掉，而将产品的制造外包给生产成本较低的台湾，自己只保留人数很少的研发和设计团队及销售渠道。台湾一些厂商利用这一机会，专门从事外国品牌电脑的大批量代工生产，也由此成就了一批著名电脑代工企业，如仁宝、广达、华宇、英业达、鸿海等。

凭着不断扩大生产规模和降低成本，台湾电脑硬件制造业产值不断提高，其中微型机、电脑显示器、主板、键盘、鼠标、显卡、网卡、光驱、扫描仪等产量先后超越美国、日本、韩国，逐渐位居世界第一。

成立高速电脑中心

为应对电脑网络技术的发展趋势，解决岛内民间企业研发能力的不足，1991年1月，台湾行政主管部门批准了科技主管部门与教育主管部门共同规划的“建设国家高速电脑中心五年计划书”。同年9月，该中心正式成立，地址位于新竹科学园区研发六路；1993年2月，中心大楼完工启用，开始运营。

该中心的主要任务从事岛内高速计算技术研究、网络应用推广与人才培育，同时也是台湾与国际间高速计算与网络应用科技交流合作的窗口。中心拥有当时岛内计算能力最强的超级电脑IBM SP2 SMP，2000年经过升级扩充及系统环境建设，计算能力达到1710亿次浮点运算，居当时全球计算资源能量排行第七十六名。全中心总计算能量约为3500亿次浮点运算，可提供不同研究领域约500件研究计划使用。

该中心成立后，不仅成为全台湾高速计算应用的网络枢纽，也是岛内首个注重专业应用领域的服务机构，主要工作包括：建立宽带网络应用与技术研发环境，将台湾学术研究网（TANet）与美国国家科学基金会（NSF）高速研究网络连线，规划建立台湾“国家实验网（NBEN）”，举办各类高速计算推广与应用服务研讨会与培训课程，接受产业界委托，为汽车、电子、资讯及半导体等企业从事电脑模拟技术研发，以及执行科技主管部门与教育主管部门重点科技研究计划，研发防灾与环保生态、计算生命科学、高效能计算核心软件平台、微系统电脑辅助设计与模拟、个人电脑丛集及网络技术等。

上世纪90年代，台湾学术研究网络仅有1990年教育主管部门建设的TANet及1997年高速电脑中心建立的TANet2，没有光纤，带宽仍以MB（兆）为单位，与36个学术研究机构连线，并可与美国、加拿大、新加坡、荷兰及以色列等国研究网络连线。

2000年，台湾科技主管部门投入该项研究经费从之前的每年300亿元新台币左右增加到550多亿元，该中心人员增至近百人，在岛内开展高速计算推广与应用服务，举办各类研讨会与培训课程100多场次。接受汽车、电子、资讯及半导体等企业委托，开展包括神达电脑公司新一代台式个人电脑热模拟技术研发、建兴电子公司光碟机内流场分析、中华汽车公司汽车碰撞安全性实验及零件模拟分析。此外，还从事防灾与环保生态数位、计算生命科学、高效能计算核心软件平台、微系统电脑辅助设计与模拟、个人电脑丛集及网络技术等重点科技计划研发。

2003年1月，该机构改制为“国研院高速网络与计算中心”（简称“国网中心”），并承接台湾行政主管部门委托的“挑战2008全球学术研究网—亚太中枢计划”，2004年建成“台湾高品质学术研究网”（TWAREN），带宽是以前的20倍，并在南部科学园区建成高品质网络维护运行中心。

此外，该中心于2003年11月自行研制出台湾第一部超级计算机“福摩萨1”（Formosa 1），位于当年世界五百大超级计算机排行榜第135名。2005年升级完成“福摩萨2”。到2012年初，已升级完成第五代“福摩萨5”，在欧洲2012年ISC2012国际高速计算会议中公布的第39届TOP500中排名第232位。

该中心的任务是作为计算、储存、网络、平台整合的前瞻云计算技术先导，提供岛内各界高速计算、高品质网络、高效能储存、大数据分析及科学工程模拟等云计算整合服务。为有效支持台湾研发团队高速计算与大数据库发展，国网中心构建科技研发平台，范围涵盖工程与科学、环境与灾防、生物医学及数字文创等应用领域，打造一流的国际级高速计算中心。

推动台湾电脑与网络科技发展

目前，该中心设有云计算与系统整合组、软件发展组、网络与资讯安全组、计算设施组、高速计算与应用组、企划推广组等技术部门，在台南和台中科学园区设有办事机构，工作人员有200余人，是“国研院”中人数最多的研究中心。

2011年5月，国网中心安装完成全台湾最大计算能力的开放式高速计算主机“御风者”（ALPS），拥有512个一般计算节点、32个大存储计算节点，全系统共有25，600个计算核心（采用AMD Opteron 6174 2.2GHz中央处理器），73，728GB存储器，搭配存储节点共1074TB硬盘空间，整体效能可达177.1兆次浮点运算，可提供岛内以往无法执行的大尺度并行计算服务，主要客户应用领域包括大气科学、台风洪水、计算化学、计算流体动力、工程计算等。

国网中心自建的岛内最大GPU（图像处理器）运算“福摩萨5”并行计算机（也称丛集系统），其由88台计算节点所构成，每台计算节点配备2个六核中央处理器、3个图形计算加速卡、96GB存储器盘及InfiniBand 40Gb/s高速网络，经过调校后，整体最佳效能为每秒89.94兆次浮点运算，于2012年8月正式开放。

“福摩萨3”是国网中心自建的台湾第一座算图农场（Render Farm）以及IaaS云计算服务平台，拥有76台服务器，每台服务器配备两颗6核Intel Xeon x5660 2.8GHz处理器、InfiniBand 40Gb/s高速网络、48GB存储器，搭配储存节点共38.4TB硬盘空间，实际获得整体最佳效能为9兆次浮点运算，于2011年8月起开放IaaS云计算服务，提供虚拟机器租赁服务，并于2011年11月启用算图农场，以提供岛内设计界及文创产业对于动画算图的大量高速运算需求服务。

“台湾高品质学术研究网”（TWAREN）采用20Gb/s光纤骨干网，连结台北、新竹、台中以及台南4个主节点，并从主节点向外以10Gb/s带宽连接13所岛内各地大学作为骨干网接点，以提供全台湾大专院校及各级学术研究机构高效能与优质的网络服务。

该中心正在规划建设台湾新一代100G骨干网，连接13个Giga POP节点。对于参与未来网络研究的连线机构，提供以VPLS多点VPN连接软体定义网络（SDN）的方式，使各网络研究机构得以接入TWAREN SDN测试平台，并通过5Gb/s带宽国际线路，连接美国洛杉矶、芝加哥及纽约的国际学术研究网络交换中心，与世界各国学术研究网络互联。

2013年，国网中心共为岛内754件专题研究计划、3000位用户提供高速服务，总计近500万用户使用TWAREN。在网络技术研发方面，该中心积极进行信息安全与软件定义网络（SDN）的技术研发，研发岛内首座SDN测试平台，启动全台湾首座恶意程式知识库，主动监测捕捉即时恶意程式，提升岛内信息安全及网络防御能力。此外，还建立地球科学数据库与防灾数据库，涵盖环境、防灾、生医等领域，整合“国研院”太空遥测、海洋科学、大气水文与强震地质资料的储存与管理，利用大数据搜寻及3D影像技术，构建防灾管理平台，协助对“海洋坦克”号油轮在澎湖搁浅造成的环境污染损害进行赔偿诉讼。

在网络与资讯安全技术方面，该中心已在“台湾高质量学术研究网”（TWAREN）上建立骨干防御云系统，辅以资讯安全情资分析平台，协助TWAREN上各学术研究机构进行资讯安全防护，并在与国际研究网合作的未来网络研发方面，发展跨网域网络拓朴产生技术，有益未来网络管理。

所谓“骨干防御云系统”，包含“控制者”、“分配者”、“过滤者”与“分析者”几部分。目前“过滤者”已与该中心云计算主机“福摩萨3”整合，可在其上巨量对骨干网络流量资讯进行快速比对运算，过滤出在骨干上受攻击的流量资讯；“分析者”部分除自行开发外，也与岛内研究机构合作，让其开发的Flow分析程序挂上防御云系统，进行网络安全研究。在“控制者”部分，该中心开发出防御云管理系统，可新增/删除比对过滤规则来找出受攻击的范围，并可即时控制TWAREN骨干设备的设定，在骨干网络上做第一时间的防堵。

在自由软件研发方面，2008年，该中心将以往研制的快速布署无硬盘软件“企鹅龙”与云计算资料探勘软件Apache Hadoop进行整合，开发出台湾第一个公用多人Hadoop资料探勘实验并行软件“黑肚龙”，并提供该中心Hadoop实验并行对外服务。

由该中心自由软件实验室研发的“再生龙”是一种快速自动再生还原系统软件，适用于电脑整机系统备份、裸机还原或灾难复原，获得国际知名杂志PC Magazine评选为2011年最佳备份软件之一。

“抓抓龙”是一种开源码的并行式搜寻引擎建制和管理工具，支持html、pdf、word等多种文件格式的搜寻，并提供搜寻引擎的管理，如爬取设定管理、并行节点管理、索引库管理，让使用者能更轻松地建立自己专属的搜寻引擎，目前已开始建立多人个人化搜寻引擎服务。

“云端简单龙”是该中心2011年成功研发出的世界上第一套云计算网上操作系统，让使用者简单快速地打造专属的私有云，将存储、网络、计算等服务一次到位。