人工智慧和數位孿生將掀起下一波氣候研究創新

NVIDIA 執行長黃仁勳在柏林地球虛擬化引擎計畫峰會上發表主題演講
作者 KARTHIK KASHINATH

NVIDIA 創始人暨執行長黃仁勳週一 (7月3日) 在柏林地球虛擬化引擎計劃峰會上發表主題演講時表示,人工智慧和加速運算將有助於氣候研究人員創造他們需要的奇蹟,實現氣候研究方面的突破。

黃仁勳在柏林哈纳克之家 (Harnack House) 對 180 名與會者表示:「理查.費曼 (Richard P. Feynman) 曾經說過,『我無法創造的東西,我就無法理解』,這就是氣候模型如此重要的原因。」哈納克之家是該地區著名的科學和研究團體聚集地。

他又補充道:「因此,你們所從事的工作對於政策制定者、研究人員和相關產業來說至關重要。」為了推進這項工作,柏林峰會匯集了來自全球各地的參與者,利用人工智慧和高效能運算進行氣候預測。

在演講中,黃仁勳概述了氣候研究人員要實現其目標所必須要實現的三個奇蹟,並談到了 NVIDIA 在其 Earth-2 項目中與氣候研究人員和政策制定者合作的努力。

第一個必須實現的奇蹟是以夠快的速度和夠高的解析度來模擬氣候,大致在幾平方公里的範圍內。

第二個所需的奇蹟是能夠預先運算龐大的資料量。

第三個奇蹟是利用 NVIDIA Omniverse 以互動方式視覺化所有這些資料,將其交到政策制定者、企業、公司和研究人員手中。

下一波氣候和天氣創新

地球虛擬化引擎計畫(Earth Virtualization Engine Initiative,簡稱 EVE)是一項國際合作專案,將聚焦於氣候科學、高效能運算與人工智慧的數位基礎設施結合在一起,首次提供易於獲得的公里規模的氣候資訊,以持續性地管理地球。

「Earth-2 和 EVE 能在此絕佳的時候結合,是因為 Earth-2 即以這三個基本的突破為基礎的。」黃仁勳表示。

該計劃承諾加快進展速度,倡導以 2.5 公里解析度進行協調一致的氣候預測。這是一個巨大的挑戰,但這是建立在過去 25 年來有巨大進展的基礎之上。

包括像是 ICON、IFS、NEMO、MPAS、WRF-G 等等一系列的應用程式已受惠於加速運算,而這些應用程式的運算能力將會進一步提升。

NVIDIA GH200 Grace Hopper 超級晶片是一款突破性的加速 CPU,專為巨型 AI 和 HPC 應用而設計。對於執行數 TB 資料的應用程式,其可提供高達 10 倍的性能提升。

它具備可擴展性,透過連接大量這些晶片,NVIDIA 可以提供具有高能源效率的系統,以加速研究人員的前瞻氣候研究。黃仁勳表示:「對於軟體來說,它就像是一個巨大的處理器。」

為了幫助研究人員快速地運用大量的數據來理解,黃仁勳提到了 NVIDIA Modulus 和 FourCastNet。NVIDIA Modulus 是一個用於構建訓練和微調基於物理的機器學習模型的開源框架,而 FourCastNet 則是一個全球的、以數據驅動的天氣預報模型,並談到最新人工智慧驅動模型如何從真實世界的資料中學習物理知識。

FourCastNet 只使用原始資料,就能學習控制複雜天氣模式的原則。黃仁勳展示了 FourCastNet 如何透過模擬因地球自轉造成的科氏力 (Coriolis force) 來準確預測颶風哈維 (Hurricane Harvey) 的路徑。

這些模型與由傳統模擬方法建立的固定「檢查點」連結後,可以進行更詳細的長期預測。黃仁勳接著展示了部分在 NVIDIA GPU 上運行的 FourCastNet 系集模型如何預測到北非史無前例的熱浪。

透過在 Modulus 中運行 FourCastNet,NVIDIA 能夠生成 1,000 個系集成員的 21 天天氣軌跡,所用時間僅為之前生成單個系集所需時間的十分之一,並且能耗降低了 1,000 倍。

最後,NVIDIA 的技術承諾能夠協助將這些知識變得更容易取得,透過數位孿生技術能夠創建越來越複雜系統的互動模型—從亞馬遜倉庫到 5G 信號在擁擠都市環境中的傳播方式。

接著,黃仁勳在雲端展示了一個令人歎為觀止的高解析度互動式全球氣候資料視覺化效果,從全球視角放大到柏林的詳細視圖。黃仁勳表示,這種方法可以有效預測在柏林、東京和布宜諾斯艾利斯等不同地點的氣候和天氣。

地球: 新境界

為了應對這些挑戰,黃仁勳概述了 NVIDIA 正在為訓練人工智慧模型、模擬物理問題和互動式視覺化建立更強大的系統。

黃仁勳說道:「這些新型超級電腦正開始上線,這是你能想像到的最新的運算技術。」

黃仁勳在演講結束時感謝來自各領域的關鍵研究人員,並開玩笑地為 EVE 提出了一個使命宣言。「地球新境界,這是EVE的旅行。它的使命是在突破氣候建模的運算極限,尋求研究全球到局部氣候狀態的新方法和新技術,以便今天瞭解減緩和適應對地球未來的影響,大膽地前往前人未至之境。」

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