Um trio de cientistas de ponta está ajudando a liderar um dos esforços mais ambiciosos da história da computação, construir um digital twin da Terra.
Peter Bauer, Bjorn Stevens e Francisco “Paco” Doblas-Reyes concordam que um digital twin da Terra precisa suportar resoluções de até um quilômetro para que um conjunto crescente de usuários possa explorar os riscos das mudanças climáticas e como se adaptar a eles. Eles dizem que o trabalho exigirá computação acelerada , IA e muita colaboração.
Seus grandes esforços, alguns já usando tecnologias NVIDIA, inspiraram o Earth-2 , a contribuição da NVIDIA para a causa comum.
“Dedicaremos a nós mesmos e nossos recursos significativos para direcionar a escala e a experiência da NVIDIA em ciências computacionais, para nos unirmos à comunidade mundial de ciências climáticas”, disse Jensen Huang, fundador e CEO da NVIDIA, ao anunciar a iniciativa Earth-2 no final 2021.
Colaborando em uma escala sem precedentes
O compromisso de Huang sinalizou apoio a esforços como o Destination Earth ( DestinE ), um projeto pan-europeu para criar digital twins do planeta.
“Nenhum computador pode ser suficiente para fazer isso, por isso precisa de um esforço internacional distribuído”, disse Bauer, um veterano com mais de 20 anos no principal centro de previsão do tempo da Europa que agora lidera o projeto que visa fazer modelos em escala planetária Disponível até 2030.
No ano passado, ele foi coautor de um artigo da Nature que dizia que o trabalho “requer colaboração em uma escala sem precedentes”.
Em uma palestra do GTC em março , Bauer imaginou uma federação que “mobiliza recursos de muitos países, incluindo players privados, e a NVIDIA poderia ser muito interessante”.
Esses recursos permitiriam o enorme trabalho de desenvolver novos modelos numéricos e de aprendizado de máquina e, em seguida, executá-los em trabalhos de inferência massivos para fazer previsões que se estendem por várias décadas.
DestinE tem suas raízes em uma conferência sobre o clima de 2008. É fruto de uma série de programas, incluindo muitos que Bauer liderou em seus anos com o Centro Europeu de Previsões Meteorológicas de Médio Prazo — com sede em Reading, Inglaterra — que desenvolve alguns dos modelos de previsão meteorológica mais avançados do mundo.
Consumo em Petabyte por dia
A colaboração é ampla porque os requisitos de computação são enormes.
“Estamos falando de produzir petabytes de dados por dia que precisam ser entregues muito rapidamente”, disse Doblas-Reyes, diretor do departamento de ciências da Terra no Centro de Supercomputação de Barcelona, autor principal do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, um grupo que cria alguns dos relatórios mais definitivos sobre mudanças climáticas – e contribui para o programa DestinE.
O esforço do digital twin vai virar a abordagem tradicional de previsão do tempo e do clima “de cabeça para baixo para que os usuários possam ser os condutores do processo”, disse ele em uma palestra em março na GTC , a conferência de desenvolvedores da NVIDIA. O objetivo é “colocar o usuário no comando da produção de informações climáticas mais úteis para a adaptação climática”, disse ele.
Sua palestra descreveu os novos modelos, fluxos de trabalho e sistemas necessários para capturar em detalhes a natureza caótica dos sistemas climáticos.
Articulando a Visão
A visão de um digital twin se cristalizou em uma palestra na conferência de supercomputação SC20 de Stevens, diretor do Instituto Max Planck de Meteorologia , em Hamburgo. Ele lidera o trabalho em um dos principais modelos climáticos do mundo para aplicações climáticas, bem como um esforço para permitir simulações com resolução de nível de quilômetro, uma ordem de magnitude mais precisa do que o melhor trabalho de hoje.
“Precisamos de um novo tipo de capacidade de computação… para sistemas de informação planetária que nos permitam trabalhar com as consequências de nossas ações e políticas, para que possamos construir um futuro mais sustentável”, disse ele.
Stevens descreveu um digital twin preciso e interativo. Por exemplo, ele imaginou pessoas consultando-o para ver como um clima mais quente poderia afetar as inundações no norte da Europa ou a segurança alimentar na África.
IA permite simulações interativas
A IA desempenhará um papel importante ao fornecer aos usuários esse nível de interatividade, disse ele em uma palestra na GTC no ano passado.
“Precisamos de IA para chegar onde precisamos estar”, disse ele, elogiando a NVIDIA e seus colegas, incluindo Bauer e Doblas-Reyes. “Avanços reais vêm de pessoas reunindo suas diferentes perspectivas e repensando como trabalhamos.”
Doblas-Reyes concordou em sua palestra no GTC este ano.
“Na minha opinião, a IA é um complemento necessário para o digital twin, é a única maneira de oferecer verdadeira interatividade aos usuários e ajudar a fornecer uma boa trajetória do que está por vir em nosso clima”, disse ele.
Em uma jornada juntos
Todos os três cientistas deram exemplos de como as tecnologias da NVIDIA foram usadas em uma ampla variedade de projetos relacionados às mudanças climáticas.
Em sua palestra no GTC, Stevens teve uma atitude caracteristicamente divertida. Ele mostrou uma versão em quadrinhos de Huang, como Isaac Newton, atingido por uma maçã caindo e uma visão de como se envolver com o esforço científico.
“Precisamos de você, Jensen, e você precisa de nós”, disse Stevens.
O sistema Mare Nostrum 5 que chega ao centro de Barcelona é um exemplo. Espera-se que acelere parte do trabalho do DestinE nas GPUs NVIDIA H100 Tensor Core .
Construir um digital twin da Terra é “uma excelente oportunidade para repensar o futuro da HPC com IA no topo”, disse Mike Pritchard, um cientista climático veterano que dirige a pesquisa climática na NVIDIA.
NVIDIA Omniverse para conectar ferramentas 3D e desenvolver aplicativos de metaverso, NVIDIA Modulus para aprendizado de máquina baseado em física e NVIDIA Triton para inferência de IA, todos têm papéis a desempenhar no amplo esforço, disse ele.
É uma colaboração longa e envolvente, disse Bauer em sua palestra no GTC. “Enviei meu primeiro e-mail para a NVIDIA sobre essas questões há 14 anos, e a NVIDIA está conosco nessa jornada desde então.”
Para saber mais, leia o documento conceitual desenvolvido para o Berlin Summit for Earth Virtualization Engines e descubra como a IA está alimentando o futuro da energia limpa .