Chi fermerà la pioggia? Gli scienziati chiedono una collaborazione sul clima.

Gli scienziati chiedono una collaborazione sul clima per fermare la pioggia.

Un trio di scienziati di alto livello sta contribuendo a guidare uno degli sforzi più ambiziosi nella storia dell’informatica: la creazione di un gemello digitale della Terra.

Peter Bauer, Bjorn Stevens e Francisco “Paco” Doblas-Reyes concordano sul fatto che un gemello digitale della Terra deve supportare risoluzioni fino a un chilometro in modo che un numero crescente di utenti possa esplorare i rischi dei cambiamenti climatici e come adattarsi ad essi. Affermano che il lavoro richiederà calcolo accelerato, intelligenza artificiale e molta collaborazione.

I loro sforzi erculei, alcuni già utilizzando tecnologie NVIDIA, hanno ispirato Earth-2, il contributo di NVIDIA alla causa comune.

“Dedicheremo noi stessi e le nostre significative risorse per indirizzare la scala e l’esperienza di calcolo di NVIDIA, per unirci alla comunità scientifica del clima del mondo”, ha detto Jensen Huang, fondatore e CEO di NVIDIA, quando ha annunciato l’iniziativa Earth-2 alla fine del 2021.

• Guarda questo spazio il nuovo campo della Finanza Spaziale utilizza l’Intelligenza Artificiale per stimare il rischio, monitorare gli asset, analizzare le richieste.
• Cattura più rapidamente informazioni sulla salute pubblica utilizzando il machine learning senza codice grazie all’utilizzo di Amazon SageMaker Canvas.
• TaatikNet Apprendimento sequenza-sequenza per la trascrizione ebraica

Collaborare su una scala senza precedenti

L’impegno di Huang ha segnalato il sostegno a sforzi come Destination Earth (DestinE), un progetto paneuropeo per creare gemelli digitali del pianeta.

“Nessun singolo computer potrebbe essere sufficiente per farlo, quindi è necessario uno sforzo distribuito e internazionale”, ha detto Bauer, un veterano con più di 20 anni al centro europeo di previsioni meteorologiche che ora guida il progetto che mira a rendere disponibili modelli su scala planetaria entro il 2030.

L’anno scorso, ha co-scritto un articolo su Nature che diceva che il lavoro “richiede una collaborazione su una scala senza precedenti”.

In un intervento a marzo al GTC, Bauer immaginava una federazione che “mobilizzi risorse da molti paesi, inclusi attori privati, e NVIDIA potrebbe essere uno dei più interessanti”.

Risorse di questo tipo consentirebbero l’enorme lavoro di sviluppo di nuovi modelli numerici e di apprendimento automatico, per poi eseguirli in enormi lavori di inferenza per fare previsioni che si estendono su decenni.

DestinE ha le sue radici in una conferenza sul clima del 2008. È il frutto di numerosi programmi, tra cui molti guidati da Bauer nei suoi anni all’European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, con sede a Reading, in Inghilterra, che sviluppa alcuni dei modelli di previsione del tempo più avanzati al mondo.

Consumare un petabyte al giorno

La collaborazione è ampia perché i requisiti di calcolo sono massicci.

“Stiamo parlando di produrre petabyte di dati al giorno che devono essere consegnati molto rapidamente”, ha detto Doblas-Reyes, direttore del dipartimento di scienze della Terra presso il Barcelona Supercomputing Center, autore principale dell’Intergovernmental Panel on Climate Change – un gruppo che crea alcuni dei report più definitivi sul cambiamento climatico – e un contributore al programma DestinE.

L’efforto del gemello digitale ribalterà l’approccio tradizionale alla previsione del tempo e del clima “in modo che gli utenti possano essere i protagonisti del processo”, ha detto in un intervento a marzo al GTC, la conferenza degli sviluppatori di NVIDIA. L’obiettivo è “mettere l’utente al comando della produzione di informazioni sul clima che siano più utili per l’adattamento al clima”, ha detto.

Il suo intervento descriveva i nuovi modelli, flussi di lavoro e sistemi necessari per catturare in dettaglio la natura caotica dei sistemi climatici.

Articolare la visione

La visione di un gemello digitale si è cristallizzata in una presentazione chiave alla conferenza di supercalcolo SC20 da parte di Stevens, direttore presso l’Istituto Max Planck per la Meteorologia, ad Amburgo. Lui guida il lavoro su uno dei modelli meteorologici più avanzati al mondo per applicazioni climatiche, oltre a uno sforzo per consentire simulazioni con risoluzione a livello di chilometri, un ordine di grandezza più fine rispetto al miglior lavoro attuale.

“Abbiamo bisogno di un nuovo tipo di capacità di calcolo … per sistemi informativi planetari che ci permettano di analizzare le conseguenze delle nostre azioni e politiche, così da poter costruire un futuro più sostenibile”, ha detto.

Stevens ha descritto un gemello digitale preciso e interattivo. Ad esempio, si è immaginato che le persone lo interroghino per vedere come un clima sempre più caldo potrebbe influenzare le inondazioni nell’Europa settentrionale o la sicurezza alimentare in Africa.

L’IA consente simulazioni interattive

L’IA avrà un ruolo di primo piano nel fornire agli utenti questo livello di interattività, ha detto durante un discorso al GTC dell’anno scorso.

“Abbiamo bisogno dell’IA per raggiungere i nostri obiettivi”, ha detto, facendo riferimento a NVIDIA e ai suoi colleghi, tra cui Bauer e Doblas-Reyes. “Passi avanti reali provengono dalle persone che uniscono le loro prospettive diverse e ripensano al modo in cui lavoriamo”.

Doblas-Reyes è stato d’accordo nel suo discorso al GTC di quest’anno.

“Secondo me, l’IA è un complemento necessario per il gemello digitale: è l’unico modo per offrire una vera interattività agli utenti e aiutare a fornire una buona traiettoria di ciò che ci attende dal punto di vista climatico”, ha detto.

In un viaggio insieme

Tutti e tre gli scienziati hanno dato esempi di come le tecnologie NVIDIA siano state utilizzate in una vasta gamma di progetti che affrontano il cambiamento climatico.

Nel suo discorso al GTC, Stevens ha preso un tono giocoso. Ha mostrato una versione cartoonesca di Huang, come Isaac Newton, colpito da una mela cadente e con una visione su come collaborare con l’impegno scientifico.

“Abbiamo bisogno di te, Jensen, e tu hai bisogno di noi”, ha detto Stevens.

Il sistema MareNostrum 5 che arriverà al centro di Barcellona ne fornisce un esempio. Ci si aspetta che acceleri parte del lavoro DestinE su GPU Tensor Core H100 di NVIDIA.

Creare un gemello digitale della Terra è “un’opportunità eccitante per ripensare il futuro dell’HPC con l’IA in cima”, ha detto Mike Pritchard, un veterano scienziato del clima che dirige la ricerca sul clima presso NVIDIA.

NVIDIA Omniverse per la connessione di strumenti 3D e lo sviluppo di applicazioni metaverse, NVIDIA Modulus per l’apprendimento automatico basato sulla fisica e NVIDIA Triton per l’inferenza dell’IA hanno tutti un ruolo da svolgere nell’ampio sforzo, ha detto.

È una collaborazione lunga ed in continua evoluzione, ha detto Bauer nel suo discorso al GTC. “Ho inviato la mia prima email a NVIDIA su questi problemi 14 anni fa, e NVIDIA è stata con noi in questo viaggio fin da allora”.

Per saperne di più, leggi il documento concettuale sviluppato per il Berlin Summit for Earth Virtualization Engines, dal 3 al 7 luglio, dove Huang terrà un discorso principale.