AI、數(shù)字孿生將掀起新一輪氣候研究創(chuàng)新浪潮

　　2023年7月3日，NVIDIA創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛在“地球虛擬引擎”計(jì)劃柏林峰會(huì)(Berlin Summit for the Earth Virtualization Engines)發(fā)表主題演講時(shí)提到了 NVIDIA 自身如何通過(guò)其 Earth-2 與氣候研究者和政策制定者開(kāi)展合作，共同推動(dòng)氣候研究所做的努力。

　　Earth-2 是一個(gè)全棧式開(kāi)放平臺(tái)，可以通過(guò)交互式高分辨率模擬加速氣候和天氣預(yù)測(cè)的速度并提高預(yù)測(cè)精確度。它包含 ICON 和 IFS 等數(shù)值模型的物理模擬，通過(guò) NVIDIA Modulus 構(gòu)建的 FourCastNet、GraphCast 和深度學(xué)習(xí)天氣預(yù)報(bào)(DLWP)等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以及通過(guò) NVIDIA Omniverse™ 實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)聯(lián)合和可視化。Earth-2 運(yùn)行于 NVIDIA DGX™ GH200、HGX H100 和OVX 超級(jí)計(jì)算機(jī)之上，它提供了一條新的路徑，以前所未有的速度和規(guī)模來(lái)模擬全球大氣并實(shí)現(xiàn)可視化。Earth-2 平臺(tái)將提供給世界各地的氣候科學(xué)家和研究者使用。

　　在2021年11月的GTC上，NVIDIA 宣布建立 Earth-2 的計(jì)劃。Earth-2 是專門(mén)用于預(yù)測(cè)氣候變化影響的 AI 超級(jí)計(jì)算機(jī)。它將使用 3D 設(shè)計(jì)協(xié)作和模擬平臺(tái) NVIDIA Omniverse 來(lái)構(gòu)建地球的數(shù)字孿生，使科學(xué)家能夠以超高的分辨率模擬氣候。

　　NVIDIA Modulus 是 Earth-2 AI 模型(如FourCastNet)的訓(xùn)練平臺(tái)。NVIDIA 研究團(tuán)隊(duì)把它用作 AI 研究流程的一部分。Modulus 既是最先進(jìn)的 Earth-2 模型的交付媒介，也是與氣候領(lǐng)域 AI 研究社區(qū)開(kāi)展合作的媒介。

　　FourCastNet：一個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的全球天氣預(yù)報(bào)模型。僅使用原始數(shù)據(jù)，F(xiàn)ourCastNet就能夠?qū)W習(xí)到復(fù)雜天氣模式形成的原理。黃仁勛展示了FourCastNet如何通過(guò)模擬風(fēng)暴中地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科氏力，來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)颶風(fēng)哈維的路徑。當(dāng)這些模型與傳統(tǒng)模擬創(chuàng)建的常規(guī)“檢查點(diǎn)”聯(lián)系在一起時(shí)，就可以進(jìn)行更精確、長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)。通過(guò)在Modulus中運(yùn)行FourCastNet，NVIDIA只用以前單個(gè)成員預(yù)報(bào)的十分之一的時(shí)間，就可以生成1000個(gè)集合成員的21天的天氣軌跡，同時(shí)實(shí)現(xiàn)1000倍的能耗降低。

　　Earth-2具備更高的分辨率和大規(guī)模AI訓(xùn)練：Earth-2 加速系統(tǒng)將使氣候科學(xué)家能夠進(jìn)行公里級(jí)的氣候模擬、大規(guī)模 AI 訓(xùn)練和推理，并實(shí)現(xiàn)低延遲交互。

　　Earth-2具有GPU優(yōu)化和加速的氣候模擬：Earth-2 開(kāi)發(fā)平臺(tái)針對(duì)GPU加速的公里級(jí)數(shù)值氣候模擬進(jìn)行了優(yōu)化，能夠最大程度提高日模擬天數(shù)(SDPD)。NVIDIA Modulus 集成了多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，用于氣候和天氣模擬。

　　數(shù)據(jù)聯(lián)合與交互式天氣可視化：NVIDIA Omniverse 可以實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模、高保真度、交互式的可視化，從而展示全球天氣狀況。OV-Nucleus 包含一個(gè)數(shù)據(jù)聯(lián)合引擎，可提供覆蓋外部數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)信息的透明數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

　　合作組織

　　到目前為止，NVIDIA已經(jīng)與歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)、巴塞羅那超級(jí)計(jì)算中心(BSC)、馬克斯·普朗克氣象研究所(MPI-M)和美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局(NOAA)建立了合作關(guān)系，未來(lái)還會(huì)與更多組織合作。