三位研究人員介紹了建立地球數字孿生的計劃,該計劃旨在幫助人們了解全球變暖的影響并做出應對。
三位頂尖科學家正在幫助帶領計算史上最雄心勃勃的項目之一:打造地球的數字孿生。
Peter Bauer、Bjorn Stevens 和 Francisco “Paco” Doblas-Reyes 一致認為,地球的數字孿生需要支持細致到公里級的分辨率,以便越來越多的用戶能夠探索氣候變化的風險并做出應對。他們表示,這項工作將需要加速計算、AI 和廣泛的協作。
這些艱巨的工作(其中一些已經采用了 NVIDIA 技術)啟發 NVIDIA 開發了Earth-2,以此為這項共同的事業做出貢獻。
在 2021 年底發布“Earth-2”計劃時,NVIDIA 創始人兼首席執行官黃仁勛曾表示:“我們致力于將 NVIDIA 在計算科學領域的規模和專業知識用于氣候研究,并與全球氣候科學界攜手合作應對氣候變化。”
前所未有的大規模協作
黃仁勛的承諾體現了對DestinE(Destination Earth-目標地球)等計劃的支持,該計劃涉及整個歐盟地區,旨在打造地球的數字孿生。
Bauer 表示:“任何一臺計算機都無法憑借一己之力完成這項任務,所以需要全球共同努力。” 作為在歐洲頂級天氣預報中心工作了 20 多年的資深人士,Bauer 目前在帶領該項目,致力于在 2030 年之前打造出地球規模的模型。
去年,他在《自然》雜志發表聯名文章,稱這項工作“需要前所未有的大規模協作”。
圖 1. Bauer 呼吁就新的地球信息系統開展廣泛的國際合作
在今年三月的 GTC 演講中,Bauer 設想了這樣一個聯盟——“能夠調動許多國家的資源,包括私人機構。如果 NVIDIA 能夠參與其中,將會非常有意義。”
圖 2.Peter Bauer
有了這樣的資源,就能開發新的數字和機器學習模型,然后在大規模的推理作業中運行這些模型,從而進行跨越數十年的預測。
DestinE 起源于 2008 年的一次氣候會議,是一系列項目的成果,其中包括 Bauer 在歐洲中期天氣預報中心工作時帶領的一些項目。該中心位于英國雷丁,開發了一些全球先進的天氣預報模型。
每天消耗 PB 級的數據
由于對計算的需求量非常大,因此協作的范圍也很廣。
圖 3.Francisco Doblas-Reyes
巴塞羅那超級計算中心地球科學部門主任 Doblas-Reyes 表示:“我們談論的是每天產生并且必須快速交付的 PB 級數據。” Doblas-Reyes 是政府間氣候變化專門委員會(該委員會負責撰寫一些關于氣候變化的權威報告)的首席作者,同時也參與了 DestinE 計劃。
他在今年 3 月舉行的 GTC 上表示,地球數字孿生計劃將顛覆傳統的天氣和氣候預報方法,“讓用戶成為這一過程的驅動者”。其目標是“讓用戶掌舵,生成對日后應對氣候變化更有用的氣候信息”。
他在演講中詳細介紹了捕捉氣候系統的混沌性質所需的新模型、工作流和系統。
闡明愿景
在 SC20 超算會議的主題演講中,馬克斯·普朗克氣象研究所主任 Stevens 闡明了數字孿生的愿景。他帶領著全球頂尖氣候應用天氣模型之一的研究、以及一個實現公里級分辨率的模擬項目,其精度比當前同類最佳的項目還要高出一個數量級。
他表示:“我們需要一種新型計算能力,以用于地球信息系統,使我們能夠研究自身行動和政策的后果,從而構建一個更加可持續的未來。”
圖 4. Stevens 在 SC20 會議上的里程碑式演講闡明了地球數字孿生這一愿景
Stevens 描述了一個精確的交互式數字孿生。例如,他設想人們可以進行查詢,了解氣候變暖會如何影響北歐地區的洪水或非洲的糧食安全。
AI 助力打造交互式模擬
他在去年 GTC 的演講中表示,在為用戶提供這種程度的交互性方面,AI 將發揮主導作用。
“我們需要 AI 來達成既定目標。”他說道,并對 NVIDIA 以及包括 Bauer 和 Doblas-Reyes 在內的同事表示感謝。“真正的進步體現在人們將各自不同的觀點匯集在一起,并重新思考我們的工作方式。”
圖 5. 氣候模擬追求超高分辨率,以獲得更高的精度
Doblas-Reyes 在今年的 GTC 演講中也認同了這種看法。
他說:“在我看來,AI 是數字孿生的必要補充,也唯有通過此,才能真正意義上為用戶帶來交互性,并很好地助力提供氣候發展軌跡。”
一路同行
三位科學家都舉例說明了 NVIDIA 技術在應對氣候變化的各種項目中的應用。
在 GTC 演講中,Stevens 以他獨有的幽默方式展示了一幅漫畫——卡通版黃仁勛像牛頓一樣被掉落的蘋果砸中,并分享了他參與科研工作歷程中的思考。
Stevens 說:“黃仁勛,我們需要你,你也需要我們。”
圖 6.Stevens 在他的 GTC 的演講中幽默地將黃仁勛描繪成牛頓
巴塞羅那超算中心即將引入的 MareNostrum 5 系統就是一個很好的例子。它將有助于加速運行在 NVIDIA H100 Tensor Core GPU 之上的 DestinE 工作。
NVIDIA 負責氣候研究的資深氣候科學家 Mike Pritchard 表示:“打造地球的數字孿生是一項令人興奮的工作,這讓我們能夠借此重新思考 HPC 在 AI 加持下的未來發展。"
他表示,NVIDIA Omniverse可用于連接 3D 工具和開發元宇宙應用,NVIDIA Modulus則用于基于物理信息的機器學習,NVIDIA Triton用于 AI 推理,它們都將在這項多方參與的工作中發揮巨大作用。
Bauer 在他的 GTC 演講中表示,這是一項不斷發展的長期合作。“14 年前,我就這些問題向 NVIDIA 發送了第一封電子郵件,從那時起,NVIDIA 就與我們一路同行。”
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原文標題:科學家呼吁開展氣候合作
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