Un trío de científicos destacados está ayudando a liderar uno de los esfuerzos más ambiciosos en la historia de la informática: construir un digital twin de la Tierra.
Peter Bauer, Bjorn Stevens y Francisco “Paco” Doblas-Reyes están de acuerdo en que un digital twin de la Tierra debe admitir resoluciones de hasta un kilómetro para que un grupo cada vez mayor de usuarios pueda explorar los riesgos del cambio climático y cómo adaptarse a ellos. Dicen que el trabajo requerirá computación acelerada , IA y mucha colaboración.
Sus esfuerzos hercúleos, algunos de los cuales ya utilizan tecnologías de NVIDIA, inspiraron a Earth-2 , la contribución de NVIDIA a la causa común.
“Nos dedicaremos a nosotros mismos y a nuestros importantes recursos para dirigir la escala y la experiencia de NVIDIA en ciencias computacionales, para unirnos a la comunidad científica climática mundial”, dijo Jensen Huang, fundador y director ejecutivo de NVIDIA, cuando anunció la iniciativa Earth-2 a finales de 2021. .
Colaborando a una escala sin precedentes
El compromiso de Huang señaló el apoyo a iniciativas como Destination Earth ( DestinE ), un proyecto paneuropeo para crear digital twins del planeta.
“Ninguna computadora puede ser suficiente para hacerlo, por lo que necesita un esfuerzo internacional distribuido”, dijo Bauer, un veterano con más de 20 años en el principal centro de pronóstico del tiempo de Europa que ahora lidera el proyecto que tiene como objetivo hacer modelos a escala planetaria. disponible para 2030.
El año pasado, fue coautor de un artículo de Nature que decía que el trabajo “requiere una colaboración a una escala sin precedentes”.
En una charla de GTC de marzo , Bauer imaginó una federación que «movilice recursos de muchos países, incluidos jugadores privados, y NVIDIA podría ser una que sería muy interesante».
Dichos recursos permitirían el enorme trabajo de desarrollar nuevos modelos numéricos y de aprendizaje automático, y luego ejecutarlos en trabajos de inferencia masivos para hacer predicciones que se extienden a lo largo de varias décadas.
DestinE tiene sus raíces en una conferencia climática de 2008. Es el fruto de una serie de programas, incluidos muchos que Bauer dirigió en sus años con el Centro Europeo de Pronósticos Meteorológicos a Medio Plazo , con sede en Reading, Inglaterra, que desarrolla algunos de los modelos de pronóstico meteorológico más avanzados del mundo.
Consumir un petabyte al día
La colaboración es amplia porque los requisitos informáticos son masivos.
«Estamos hablando de producir petabytes de datos al día que deben entregarse muy rápidamente», dijo Doblas-Reyes, director del departamento de ciencias de la Tierra del Barcelona Supercomputing Center, autor principal del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático, un grupo que crea algunos de los informes más definitivos sobre el cambio climático y contribuye al programa DestinE.
El esfuerzo del digital twin cambiará el enfoque tradicional del pronóstico del tiempo y el clima «para que los usuarios puedan ser los impulsores del proceso», dijo en una charla de marzo en GTC , la conferencia de desarrolladores de NVIDIA. El objetivo es “poner al usuario al frente de la producción de información climática que sea más útil para la adaptación climática”, dijo.
Su charla describió los nuevos modelos, workflows y sistemas necesarios para capturar en detalle la naturaleza caótica de los sistemas climáticos.
Articulando la visión
La visión de un digital twin cristalizó en un discurso de apertura en la conferencia de supercomputación SC20 de Stevens, director del Instituto Max Planck de Meteorología , en Hamburgo. Dirige el trabajo en uno de los principales modelos meteorológicos del mundo para aplicaciones climáticas, así como un esfuerzo para permitir simulaciones a una resolución de nivel de kilómetro, un orden de magnitud más fino que el mejor trabajo de la actualidad.
“Necesitamos un nuevo tipo de capacidad informática… para sistemas de información planetaria que nos permitan analizar las consecuencias de nuestras acciones y políticas, para que podamos construir un futuro más sostenible”, dijo.
Stevens describió un digital twin que es preciso e interactivo. Por ejemplo, imaginó a la gente consultándolo para ver cómo un clima más cálido podría afectar las inundaciones en el norte de Europa o la seguridad alimentaria en África.
AI permite simulaciones interactivas
La IA desempeñará un papel principal para brindar a los usuarios ese nivel de interactividad, dijo en una charla en GTC el año pasado.
“Necesitamos IA para llegar a donde debemos estar”, dijo, y agradeció a NVIDIA y sus colegas, incluidos Bauer y Doblas-Reyes. “Los verdaderos avances provienen de personas que reúnen sus diferentes perspectivas y reconsideran cómo trabajamos”.
Doblas-Reyes estuvo de acuerdo en su charla GTC de este año.
“En mi opinión, la IA es un complemento necesario para el digital twin: es la única forma de ofrecer verdadera interactividad a los usuarios y ayudar a proporcionar una buena trayectoria de lo que está por venir en nuestro clima”, dijo.
En un viaje juntos
Los tres científicos dieron ejemplos de cómo las tecnologías de NVIDIA se han utilizado en una amplia variedad de proyectos que abordan el cambio climático.
En su charla GTC, Stevens tomó un giro característicamente lúdico. Mostró una versión de dibujos animados de Huang, como Isaac Newton, golpeado por una manzana que cae y una idea de cómo participar en el esfuerzo científico.
“Te necesitamos, Jensen, y tú nos necesitas a nosotros”, dijo Stevens.
El sistema MareNostrum 5 que llega al centro de Barcelona es un ejemplo. Se espera que acelere parte del trabajo de DestinE en las GPU NVIDIA H100 Tensor Core .
Construir un digital twin de la Tierra es «una oportunidad emocionante para repensar el futuro de HPC con IA en la cima», dijo Mike Pritchard, un científico climático veterano que dirige la investigación climática en NVIDIA.
NVIDIA Omniverse para conectar herramientas 3D y desarrollar aplicaciones de metaverso, NVIDIA Modulus para el aprendizaje automático basado en la física y NVIDIA Triton para la inferencia de IA tienen roles que desempeñar en el amplio esfuerzo, dijo.
Es una colaboración larga y en evolución, dijo Bauer en su charla GTC. “Envié mi primer correo electrónico a NVIDIA sobre estos problemas hace 14 años, y NVIDIA ha estado con nosotros en este viaje desde entonces”.
Para obtener más información, lea el documento conceptual desarrollado para la Cumbre de Berlín sobre motores de virtualización de la Tierra y descubra cómo la IA está impulsando el futuro de la energía limpia .