Un Cambiamento nel Meteo IA, Calcolo Accelerato Promettono Previsioni Più Veloci ed Efficienti
Cambiamento nel meteo IA, calcolo accelerato promette previsioni più veloci ed efficienti.
La frequenza e la gravità degli eventi meteorologici estremi potrebbero causare un milione di morti e costare 1,7 trilioni di dollari all’anno entro il 2050, secondo la Munich Reinsurance Company.
Ciò sottolinea la necessità critica di previsioni meteorologiche accurate, soprattutto con l’aumento degli eventi meteorologici gravi come tempeste di neve, uragani e ondate di calore. L’intelligenza artificiale e l’elaborazione accelerata sono pronte ad aiutare.
Oltre 180 centri di modellizzazione del clima impiegano infrastrutture di calcolo ad alta performance (HPC) robuste per elaborare modelli tradizionali di previsione meteorologica numerica (NWP). Tra questi vi è il Centro Europeo per le Previsioni Meteorologiche a Medio Termine (ECMWF), che opera su 983.040 CPU cores, e il supercomputer dell’Ufficio Meteo del Regno Unito, che utilizza oltre 1,5 milioni di CPU cores e consuma 2,7 megawatt di energia.
Ripensare il Design di HPC
La spinta globale verso l’efficienza energetica sta spingendo a ripensare il design dei sistemi HPC. L’elaborazione accelerata, sfruttando la potenza delle GPU, offre un’alternativa promettente ed efficiente dal punto di vista energetico che velocizza i calcoli.
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Le GPU NVIDIA hanno avuto un impatto significativo sui modelli meteorologici adottati a livello globale, tra cui quelli dell’ECMWF, del Max Planck Institute for Meteorology, del Servizio Meteorologico Tedesco e del National Center for Atmospheric Research.
Le GPU migliorano le prestazioni fino a 24 volte, migliorano l’efficienza energetica e riducono i costi e i requisiti di spazio.
“Per rendere le previsioni meteorologiche affidabili e le proiezioni climatiche una realtà entro i limiti del budget energetico, ci affidiamo a miglioramenti algoritmici e hardware in cui le GPU NVIDIA sono un’alternativa alle CPU”, ha dichiarato Oliver Fuhrer, responsabile della previsione numerica presso MeteoSwiss, l’ufficio meteorologico e climatologico nazionale svizzero.
L’IA Aumenta la Velocità e l’Efficienza
Il modello di previsione meteorologica basato sull’IA di NVIDIA, FourCastNet, offre una precisione competitiva con una velocità e un’efficienza energetica maggiori rispetto ai metodi tradizionali. FourCastNet produce rapidamente previsioni settimanali e consente la generazione di grandi insiemi, o gruppi di modelli con leggere variazioni nelle condizioni iniziali, per previsioni meteorologiche estreme ad alta affidabilità.
Ad esempio, basandosi su dati storici, FourCastNet ha previsto con precisione le temperature del 5 luglio 2018 a Ouargla, in Algeria, il giorno più caldo registrato in Africa.
Utilizzando le GPU NVIDIA, FourCastNet ha generato rapidamente e con precisione 1.000 membri dell’insieme, superando i modelli tradizionali. Una dozzina dei membri ha previsto con precisione le alte temperature in Algeria basandosi su dati tre settimane prima che si verificasse.
Questo è stato il primo caso in cui il team di FourCastNet ha previsto un evento ad alto impatto settimane in anticipo, dimostrando il potenziale dell’IA per previsioni meteorologiche affidabili con un consumo energetico inferiore rispetto ai modelli meteorologici tradizionali.
FourCastNet utilizza gli ultimi progressi dell’IA, come i modelli di trasformatori, per unire l’IA e la fisica per ottenere risultati innovativi. È circa 45.000 volte più veloce dei modelli tradizionali di NWP. E quando viene addestrato, FourCastNet consuma 12.000 volte meno energia per produrre una previsione rispetto al sistema di previsione integrato europeo, un modello NWP di riferimento.
“NVIDIA FourCastNet apre le porte all’uso dell’IA per una vasta gamma di applicazioni che cambieranno la forma dell’impresa di NWP”, ha dichiarato Bjorn Stevens, direttore del Max Planck Institute for Meteorology.
Espandere le Possibilità
In una sessione di NVIDIA GTC, Stevens ha descritto cosa è possibile ora con lo strumento di ricerca climatica ICON. Il supercomputer Levante, utilizzando 3.200 CPU, può simulare 10 giorni di previsioni meteorologiche in 24 ore, ha detto Stevens. Al contrario, il supercomputer JUWELS Booster, utilizzando 1.200 GPU NVIDIA A100 Tensor Core, può eseguire 50 giorni di simulazioni nello stesso periodo di tempo.
Gli scienziati stanno cercando di studiare gli effetti climatici a 300 anni nel futuro, il che significa che i sistemi devono essere 20 volte più veloci, ha aggiunto Stevens. Abbracciare tecnologie più veloci come le GPU NVIDIA H100 Tensor Core e codice più semplice potrebbe portarci lì, ha detto.
I ricercatori si trovano ora di fronte alla sfida di trovare il giusto equilibrio tra modellazione fisica e apprendimento automatico per produrre previsioni climatiche più veloci e più accurate. Un post sul blog dell’ECMWF pubblicato il mese scorso descrive questo approccio ibrido, che si basa sull’apprendimento automatico per le previsioni iniziali e sui modelli fisici per la generazione, la verifica e il raffinamento dei dati.
Un’integrazione del genere, fornita con il calcolo accelerato, potrebbe portare a progressi significativi nella previsione del tempo e nella scienza del clima, aprendo una nuova era di previsioni efficienti, affidabili e attente all’energia.
Scopri di più su come il calcolo accelerato e l’intelligenza artificiale potenziano la scienza del clima attraverso queste risorse:
- Documento di NVIDIA: Prevedere il tempo con l’IA
- Documento di NVIDIA: Previsioni meteorologiche più veloci
- Pagina delle risorse di NVIDIA: Calcolo sostenibile
- Blog tecnico di NVIDIA: IA per una rivoluzione nel calcolo scientifico
