¿Quién detendrá la lluvia? Científicos piden colaboración climática.
Scientists call for climate collaboration to stop the rain.
Un trío de científicos de primer nivel está ayudando a liderar uno de los esfuerzos más ambiciosos en la historia de la computación: construir un gemelo digital de la Tierra.
Peter Bauer, Bjorn Stevens y Francisco “Paco” Doblas-Reyes coinciden en que un gemelo digital de la Tierra debe admitir resoluciones de hasta un kilómetro para que un creciente conjunto de usuarios pueda explorar los riesgos del cambio climático y cómo adaptarse a ellos. Afirman que el trabajo requerirá computación acelerada, IA y mucha colaboración.
Sus esfuerzos hercúleos, algunos de los cuales ya utilizan tecnologías de NVIDIA, inspiraron Earth-2, la contribución de NVIDIA a la causa común.
“Dedicaremos nosotros mismos y nuestros recursos significativos a dirigir la escala y la experiencia de NVIDIA en ciencias computacionales, para unirnos a la comunidad mundial de ciencias climáticas”, dijo Jensen Huang, fundador y CEO de NVIDIA, cuando anunció la iniciativa Earth-2 a fines de 2021.
Colaborando a una escala sin precedentes
El compromiso de Huang señaló el apoyo a esfuerzos como Destination Earth (DestinE), un proyecto paneuropeo para crear gemelos digitales del planeta.
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“Ninguna computadora única puede ser suficiente para hacerlo, por lo que necesita un esfuerzo distribuido e internacional”, dijo Bauer, un veterano con más de 20 años en el principal centro de pronóstico del tiempo de Europa, quien ahora lidera el proyecto que tiene como objetivo hacer que los modelos a escala planetaria estén disponibles para 2030.
El año pasado, fue coautor de un artículo en la revista Nature que decía que el trabajo “requiere colaboración a una escala sin precedentes”.
En una charla en marzo en el GTC, Bauer imaginó una federación que “moviliza recursos de muchos países, incluidos actores privados, y NVIDIA podría ser uno que sería muy interesante”.
Tales recursos permitirían el enorme trabajo de desarrollar nuevos modelos numéricos y de aprendizaje automático, y luego ejecutarlos en trabajos de inferencia masiva para hacer predicciones que abarquen varias décadas.
DestinE tiene sus raíces en una conferencia sobre el clima en 2008. Es el fruto de varios programas, incluidos muchos liderados por Bauer en sus años en el European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, con sede en Reading, Inglaterra, que desarrolla algunos de los modelos de pronóstico del tiempo más avanzados del mundo.
Consumiendo un petabyte al día
La colaboración es amplia porque los requisitos informáticos son enormes.
“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 en el Barcelona Supercomputing Center, autor principal en el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático, un grupo que crea algunos de los informes más definitivos sobre el cambio climático, y colaborador del programa DestinE.
El esfuerzo del gemelo digital cambiará el enfoque tradicional de pronóstico del tiempo y el clima “al revés para que los usuarios puedan ser los impulsores del proceso”, dijo en una charla en marzo en GTC, la conferencia para desarrolladores de NVIDIA. El objetivo es “poner al usuario al mando de producir información climática que sea más útil para la adaptación climática”, dijo.
Su charla describió los nuevos modelos, flujos de trabajo y sistemas necesarios para capturar en detalle la naturaleza caótica de los sistemas climáticos.
Articulando la visión
La visión de un gemelo digital se cristalizó en un discurso inaugural en la conferencia de supercomputación SC20 de Stevens, director en el Max Planck Institute for Meteorology 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 a nivel de kilómetros, una magnitud más fina que el mejor trabajo actual.
“Necesitamos un nuevo tipo de capacidad informática … para sistemas de información planetarios que nos permitan trabajar a través de las consecuencias de nuestras acciones y políticas, para poder construir un futuro más sostenible”, dijo.
Stevens describió un “gemelo digital” preciso e interactivo. Por ejemplo, imaginó que las personas lo consultaran para ver cómo un clima cada vez más cálido podría afectar las inundaciones en el norte de Europa o la seguridad alimentaria en África.
La IA permite simulaciones interactivas
La IA jugará un papel principal al brindar a los usuarios ese nivel de interactividad, dijo en una charla en la GTC del año pasado.
“Necesitamos la IA para llegar a donde necesitamos estar”, dijo, haciendo referencia a NVIDIA y a sus colegas, incluidos Bauer y Doblas-Reyes. “Los avances reales provienen de personas que aportan sus diferentes perspectivas y repiensan la forma en que trabajamos”.
Doblas-Reyes estuvo de acuerdo en su charla en la GTC de este año.
“En mi opinión, la IA es un complemento necesario para el gemelo digital, es la única forma de ofrecer verdadera interactividad a los usuarios y ayudar a proporcionar una buena trayectoria de lo que sucederá en nuestro clima”, dijo.
En un viaje juntos
Los tres científicos dieron ejemplos de cómo se han utilizado las tecnologías de NVIDIA en una amplia variedad de proyectos relacionados con el cambio climático.
En su charla en la GTC, Stevens tomó un giro característicamente juguetón. Mostró una versión de dibujos animados de Huang, como Isaac Newton, golpeado por una manzana que cae y una idea de cómo involucrarse en el esfuerzo científico.
“Te necesitamos, Jensen, y tú nos necesitas a nosotros”, dijo Stevens.
El sistema MareNostrum 5 que llegará al centro de Barcelona es un ejemplo. Se espera que acelere parte del trabajo DestinE en las GPUs NVIDIA H100 Tensor Core.
Crear un gemelo digital de la Tierra es “una emocionante oportunidad para repensar el futuro de la HPC con IA”, dijo Mike Pritchard, un veterano científico del clima 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, todos tienen un papel que desempeñar en este amplio esfuerzo, dijo.
Es una colaboración larga y en constante evolución, dijo Bauer en su charla en la GTC. “Envié mi primer correo electrónico a NVIDIA sobre estos temas 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 para Motores de Virtualización de la Tierra, del 3 al 7 de julio, donde Huang dará un discurso principal.
