一组顶尖科学家正在帮助引领计算史上最雄心勃勃的项目之一 —— 建立地球的数字孪生。
彼得·鲍尔、比约恩·斯蒂文斯和弗朗西斯科“帕科”·多布拉斯-雷耶斯一致认为，地球的数字孪生需要支持分辨率高达一公里，以便越来越多的用户可以探索气候变化的风险以及如何适应这些风险。他们表示，这项工作将需要加速计算、人工智能和大量的合作。
他们的巨大努力，其中一些已经使用了NVIDIA的技术，启发了地球2.0项目，这是NVIDIA为共同事业做出的贡献。
“我们将致力于将NVIDIA在计算科学领域的规模和专业知识直接用于与世界气候科学界的合作，投入我们的重要资源，” NVIDIA创始人兼首席执行官黄仁勋在2021年末宣布地球2.0计划时表示。
在前所未有的规模上进行合作
黄仁勋的承诺表明支持像“DestinE”这样的努力，该项目是一个欧洲跨国项目，旨在创建地球的数字孪生。
“可能没有一台单独的计算机足够完成这项工作，因此它需要一个分布式的、国际化的努力，”鲍尔说道。作为欧洲顶级天气预报中心的资深人员，他在这个旨在在2030年前提供全球规模模型的项目中担任领导者。
去年，他与他人合著了一篇《自然》杂志文章，称这项工作“需要前所未有的规模上的合作”。
在三月的GTC演讲中，鲍尔设想了一个“动员来自多个国家的资源，包括私人机构，而NVIDIA可能是一个非常有趣的机构”的联合体。
这些资源将使得开发新的数值和机器学习模型成为可能，然后通过大规模推理作业运行这些模型，以进行跨越数十年的预测。
“DestinE”起源于2008年的一次气候会议。它是一系列项目的结晶，其中包括鲍尔在欧洲中程天气预报中心（总部位于英国雷丁）领导的许多项目，该中心开发了世界上一些最先进的天气预报模型。
每天使用一PB的数据
合作的规模很大，因为计算需求非常巨大。
“我们每天要产生的数据量可能达到PB级，并且必须能够快速传输，”多布拉斯-雷耶斯说道。他是巴塞罗那超级计算中心地球科学部门的主任，也是政府间气候变化专门委员会的首席作者之一，该委员会负责发布一些关于气候变化的最权威报告，并且是“DestinE”项目的贡献者。
地球的数字孪生项目将颠覆传统的天气和气候预测方法，“让用户成为整个过程的驱动者，”他在NVIDIA的开发者大会GTC上的三月演讲中表示。目标是“让用户能够生成更有用的气候信息，以适应气候变化，”他说。
他的演讲描述了捕捉气候系统复杂特性所需的新模型、工作流程和系统。
阐述愿景
数字孪生的愿景在汉堡的SC20超级计算会议的主题演讲中得以明确，由马克斯·普朗克气象研究所的主任斯蒂文斯发表。他领导了世界顶级的气候应用天气模型之一的工作，以及一个旨在实现千米级分辨率模拟的项目，比目前最好的工作精确度高一个数量级。
“我们需要一种新型的计算能力……用于行星信息系统，让我们能够研究我们的行为和政策的后果，从而建立一个更可持续的未来，”他说。
史蒂文斯描述了一个精确而交互的数字孪生。例如，他想象人们查询它，以了解气候变暖如何影响北欧的洪水或非洲的食品安全。
AI实现交互模拟
他在去年的GTC演讲中表示，AI将在为用户提供此级别的交互性方面发挥主导作用。
“我们需要AI来达到我们的目标，”他称赞了NVIDIA和同事们，包括鲍尔和多布拉斯-雷耶斯。“真正的进步来自于人们将不同的观点融合在一起并重新思考我们的工作方式。”
多布拉斯-雷耶斯在今年的GTC演讲中也表示同意。
“在我看来，AI是数字孪生的必要补充——它是为用户提供真正交互性和帮助预测未来气候变化的唯一途径，”他说。
一起踏上旅程
这三位科学家都举了许多例子，说明NVIDIA技术在应对气候变化的各种项目中得到了广泛应用。
在他的GTC演讲中，史蒂文斯以他一贯幽默的方式展示了一张黄仁勋的卡通形象，就像艾萨克·牛顿一样，被一个掉落的苹果击中，从而获得了与科学研究互动的灵感。
“我们需要你，詹森，而你也需要我们，”史蒂文斯说。
即将到达巴塞罗那中心的MareNostrum 5系统提供了一个例子。它预计将加速NVIDIA H100 Tensor Core GPU上的DestinE工作。
“为地球构建一个数字孪生是‘在AI之上重新思考HPC未来’的一个令人兴奋的机会，”Mike Pritchard说，他是一位资深的气候科学家，负责NVIDIA的气候研究。
他表示，NVIDIA Omniverse用于连接3D工具和开发元宇宙应用程序，NVIDIA Modulus用于物理学驱动的机器学习，NVIDIA Triton用于AI推理，都在这一广泛努力中发挥着作用。
鲍尔在他的GTC演讲中表示，这是一次长期而不断发展的合作。“我在14年前就给NVIDIA发送了我的第一封关于这些问题的电子邮件，从那时起，NVIDIA就一直与我们同行。”
要了解更多信息，请阅读为柏林地球虚拟化引擎峰会（7月3日至7日）制定的概念文件，黄仁勋将在该峰会上发表主题演讲。