國網中心攜手 NVIDIA 打造算圖農場,以超算級 NVIDIA V100、Quadro RTX 孕育下一個 CG 視覺的臺灣之光

作者 NVIDIA

財團法人國家實驗研究院高速網路與計算中心 (簡稱國網中心) 予外界的印象,不單是臺灣科學研究等超級運算領域的國家級後盾,提供強大的超級電腦運算力,同時也是協助臺灣學研界擁有出色表現的重要推手之一。國網中心自 2011 年 11 月對外開放雲端算圖農場,為國內虛擬穿戴、體感娛樂、動漫影視、表演藝術與文化傳承等挹注絢麗的視覺效果;2018 年更推動新一代 GPU 算圖農場服務,開放至今 (2020年) 已經協助臺灣的影視與藝術創作者催生了超過 200 部影像作品。包括獲得坎城影展大獎的《刺客聶隱娘》、獲得六項金鐘獎的《一把青》,以及預計明年上映且一直備受矚目的旗艦歷史劇《斯卡羅》 (原劇名《傀儡花》) 等,都是運用算圖農場造就的作品,而其中的重要推手即是國網中心的史曉斌主任與藝術科技運算組組長郭嘉真博士暨研究員。

《阿凡達》電影特效激發提供算圖農場服務的念頭

郭嘉真博士指出,算圖農場的成立其實與好萊塢電影《阿凡達》有關。身為電影迷的她,在看到《阿凡達》絢麗的電影特效而大為讚嘆的同時,就想到何不運用國網中心的超級電腦來成就臺灣影視產業的視覺效果,而這個想法促成了臺灣第一座雲端算圖農場的誕生。

不過實作之後,卻發現算圖農場所需的軟硬體資源,與過往提供科學研究領域的超級運算大為不同。在規劃算圖農場之際,當時典型的超算科研系統以 CPU 資源為重,而算圖農場的影像處理與特效除了 CPU 運算之外,更需要 GPU 的影像運算資源,於是針對算圖農場規劃一套具備 CPU 搭配 NVIDIA V100Quadro RTX 8000 GPUs超算等級的系統架構。在與 NVIDIA 合作之下,採用最先進、伺服器級的 NVIDIA GPU,單一運算節點可支援高達 8 張 NVIDIA V100 ,單一節點效能相較於純 CPU 伺服器提升達 40 倍。

運用 NVIDIA V100 與 Quadro RTX 8000 打造 HPC 等級算圖農場

國網中心於創立算圖農場的初期,為幫助產學界認識雲端算圖農場所提供的服務與運算資源,透過舉辦「 HPC 功夫–國網 3D 動畫全國大賽」募集影像創作作品,並提供創作團隊技術指導、協助完成作品、人才媒合與創業輔導,推行至今已進入第九屆,也累積相當可觀的成效,催生出超過50部優異的影像作品。

除了鼓勵產學界善用算圖農場的資源進行影像創作外,國網中心也與出身雲門舞集的編舞家及其他藝術團體合作,透過運算科技陪伴藝術產業成長。郭嘉真博士表示:「雲端算圖農場聲名遠播擴及海外,去年甚至有好萊塢影像視覺團隊慕名而來,他們原本預計算圖農場需要三天才能算完的作業量,沒想到竟然只用一個晚上就完成,雲端運算效率令他們非常驚艷。我們先前預估算圖農場的運算資源約僅六成使用率,現在卻時時滿載,甚至還動用國網中心的彈性資源調度,將部份超算的資源協助處理算圖農場的運算需求。」

以 GPU 為核心的 VDI 影像處理

不同於民間的私有算圖農場,國網中心算圖農場的效能不僅超越民間影視公司自行架設的算圖系統,同時還具備國家級的資料安全防護性,並以超高速網路提供對外的網路連接,讓手機可以即連即算,3 秒就能雲端算圖;還可提供高達 100 位用戶同時存取。具備 GPU 虛擬化 (vGPU) 的雲端虛擬桌面基礎架構 (VDI: Virtual Desktop Infrastructure) 遠端連線功能,讓用戶可以在任何地方運用自己的電腦設備進行遠端算圖,且達到雙眼 8K 畫質、每秒更新畫面 120 張的算力 (120 FPS),細膩呈現極致影像,讓用戶在製作與觀看動畫影片、開發電競遊戲等應用時都有流暢體驗的幸福感,雲端算圖技術領先世界。

台灣歷史劇《斯卡羅》運用國網中心的算圖農場進行船體海上特效模擬

VDI 的應用是國網中心算圖農場的一大突破,憑藉著 NVIDIA 具 vGPU 的硬體架構,國網中心新興研發動態運算環境調整模組,優化運算資源運用情境,讓用戶享有遠端桌面的順暢體驗。用戶不需親自將資料透過外接儲存或是 FTP 傳輸送到算圖農場,即可透過 VDI 直接進行資料上傳與運算。這項功能不但在平時就為用戶帶來優異的工作效率,在新冠肺炎病毒 (COVID-19) 肆虐而導致居家辦公的防疫期間,更加顯現其卓越的便利性。

除了傳統的影像視覺運算,亦有算圖農場的 VDI 服務,可提供點雲建模服務的業者用以進行建築與藝術的 3D 數位典藏;透過 VDI 省去持續升級硬體的需求,同時憑藉國網中心強大的運算資源,幾乎達到即時點雲解算的效能。

算圖農場助產業轉型,開創雲端點雲解算商機

在諸多以電腦視覺的算圖農場客戶中,由量測產業轉型為提供點雲解算服務的力弘科技顯得相當特殊。算圖農場多數用戶的使用目的在於內容創作;不同於此,力弘科技依照客戶需求提供建築物或藝術文物等物體的 3D 點雲圖像作為其服務內容,而力弘科技的客戶則可能將這些圖像用於數位典藏、文創商品創作或是電影中的 3D 建築模型上。

力弘科技原本是量測公司,因為看到新一代的產業需求,於是投入獨特的點雲解算服務。點雲資料的複雜程度是遠超過一般 2D 圖像的 3D 掃描建模,且需使用高精度的儀器針對物體、建築物的特徵進行精密的比例紀錄,且對於點雲的建築物與文物模型在縮放之間的比例精準度也有高度的要求。

目前點雲圖像是應用在文化創意產業、建築物與文物數位典藏的重要技術。過去力弘科技自行購買高階繪圖電腦來處理點雲資料,但由於客戶對精細度的需求越來越高,一座建築物的點雲資料可能就高達 500GB 至 2TB ,即使是最高階的行動工作站都需要耗費數天的時間才能處理如此龐大的資料,而這也意味該台設備在處理資料的同時,無法用於其他用途。另外,硬體設備每隔幾年就需要汰舊換新的需求,也對力弘科技造成龐大的負擔。

力弘科技因為幾年前與文化部的合作,成為算圖中心早期導入的用戶,也因此大幅改善點雲建模的作業流程。透過算圖農場提供的 VDI 服務,現在力弘科技的量測人員只要將量測器材拍攝的點雲資料,透過網路連線的設備上傳至算圖農場,就可以立刻進行資料處理。在導入算圖農場的雲端服務後,現在力弘科技僅需一位專門負責拍攝點雲圖的作業員,掃描影像後上傳算圖農場;而影像處理人員則在公司內透過 VDI 即時操作並檢查拍攝品質,一旦有瑕疵就可即時糾正,加速拍攝流程且同時提高準確度。

力弘科技運用算圖農場進行點雲解算,大幅提升作業效率

力弘科技黃國軒總經理表示:「國網中心算圖農場提供的強大運算力與虛擬桌面服務,是力弘科技能夠提供符合新一代高解析點雲解算服務的重要關鍵。算圖農場不但協助我們提升了 50% 的作業效率,更降低了高達 60% 的硬體設備成本。具高度安全性的公有雲服務,也讓我們放心地將資料放在算圖農場。」

國網中心持續支援產學研各界運算需求並推動硬體升級

國網中心自 2011 年推動 SaaS 雲端服務 (Software as a Service),旨在提供學研領域外的用戶能夠使用國網中心的資源,進而使國網中心發展強化以客戶為中心的新服務;而由郭嘉真博士催生的算圖農場,用戶更以文化與藝術創作領域的商業用戶居多。在以國網中心與客戶雙贏的前提之下,也促使國網中心的研究員持續探索客戶需求,提供文化工作者所需的服務與技術。

國網中心史曉斌主任表示:「面對持續增長與變化的電腦運算需求,國網中心將以 3 到 4 年作為硬體升級的週期,不過在週期中仍持續與 NVIDIA 等合作夥伴交流最新的技術,並在最短的時間因應趨勢的演變做硬體規劃與升級的決策。透過與 NVIDIA 攜手合作並結合臺灣軟硬體產業供應鏈,也陸續啟用台灣杉一號、台灣杉二號等具備 AI 與影像處理的新一代系統,開創國網中心的新紀元。」

除了算圖領域之外,史主任也看好臺灣產業在生技醫藥、生產自動化和人工智慧物聯網 (AIoT) 的潛力,這些應用仰賴基於 GPU 加速與適用超算中心 AI 的 NVIDIA 硬體;國網中心將秉持以結合運算、 AI 與圖像三大技術持續擴充服務與硬體資源。

國家實驗研究院高速網路與計算中心專訪