英伟达将打造全球最强大AI超级计算机，以预测未来气候变化

在本周SC21高性能计算大会上最新发布的TOP500榜单上，NVIDIA技术为355套超级计算机系统提供加速，占榜单的70%以上，而新增系统中90% 以上都采用了NVIDIA 的技术。对比6月份发布的TOP500榜单上342个系统（占榜单68%）使用NVIDIA技术，增长趋势明显。
 
而现在，英伟达正在研究另外一个可以预测气候变化的超级计算机。
 
通过模拟来窥探未来的气候

一个我们不得不正视的事实是全球气候正在变暖，这个趋势正在愈演愈烈。自1850至1900年这一时期以来，人类活动所排放的温室气体导致全球平均温度升高了大约1.1°C。而过去7年有可能成为有气象记录以来最热的7年。我们正在经历地球带来的一系列极端天气：历史性干旱、前所未有的炎热、狂暴的飓风、猛烈的暴风雨、以及灾难性的洪水等等。




因此，我们必须要立刻采取行动以应对气候变化，当下的我们必须通过亲眼所见和亲身感受来知晓未来，并尽快采取行动。但这岂是易事，很难因为没发生的事情去动员大家。

那么，让我们来看看，如今让未来的气候状况呈现在我们的面前呢？答案就是模拟。

通过模拟全球不同地区几十年气候变化的气候模型，来制定最佳策略来减缓和适应气候变化。与主要模拟大气物理的天气预测不同，气候模型是针对大气、水、冰、陆地和人类活动，从物理、化学和生物学等方面进行数十年的模拟。

目前，气候模拟的分辨率为10到100公里。但是要模拟全球从海洋、海冰、陆地表面和地下水到大气和云层的整个水循环过程，就需要更高的分辨率。水循环系统的变化会导致风暴和干旱的加剧。

模拟将阳光反射回太空的云层需要米级的分辨率。科学家估计，要达到这一分辨率，需要比目前可用算力高出数百万到数十亿倍的算力。如果按照算力每5年提升10倍的常规标准来算，实现这一目标需要几十年的时间。这肯定不行！

英伟达打造最强大AI计算机

英伟达近期宣布，将打造全球最强大的人工智能超级计算机，专门用来预测气候变化。该系统名为Earth-2或E-2，它将在Omniverse中创造一个地球的数字孪生。据英伟达介绍，Earth-2完全由NVIDIA独立出资打造。

通过结合GPU加速计算、深度学习和内嵌物理信息的神经网络的突破以及人工智能超级计算机三大技术，再加上大量可供学习的观测和模型数据，就可以实现百万倍的加速。以光速来预测未来几十年的区域极端天气变化。

有了超分辨率技术，我们或许就能实现超分辨率气候建模所需的10亿倍量级的飞跃。国家、城市和村镇可以获得预警，提前应对并提高基础设施的抵御能力。有了更准确的预测，人们和国家也会更迫切地采取行动。

因此，英伟达正在全力投入大量资源，将目前发明的所有技术都用于实现Earth-2。使其能够在计算科学领域能够涉猎更广、更专精，以融入世界气候科学的社区。

英伟达总结道，这是有史以来第一次，世界拥有了进行超高分辨率气候建模的技术。

未来英伟达将会公布Earth-2的架构。新架构将使其能够打造出有史以来最节能的超级计算机。它是为Omniverse而设计的超级计算机，如果你把地球想象成一个物理的存在，Earth-2其实就是另一个世界的引擎。目前，Earth-2的选址还没最终敲定，有几个选项正在考虑中。

如何助力超级计算机实现性能提升？

首先是英伟达的GPU，GPU的并行处理能力再加上超过2500个GPU优化应用程序，在多数情况下可以让用户把高性能计算任务的时间从几周减少到几个小时。NVIDIA一直在优化CUDA-X库和GPU加速应用程序，所以用户如果发现自己的GPU架构性能突然有了提升也很正常。

再就是，高性能计算与人工智能融合。人工智能在高性能计算中的应用能帮助研究人员加快模拟速度，同时保持传统模拟方法的准确性。为此，上周NVIDIA推出了一系列用于高性能计算的先进的新的库和软件开发工具套件。三个新库包括ReOpt、cuQuantum、cuNumeric。NVIDIA Modulus构建并训练了一个内嵌物理信息的机器学习模型，可以用来学习并遵循物理定律。

还有就是云原生超级计算。在这其中发挥作用的将是英伟达的BlueField DPU，与NVIDIA Quantum InfiniBand平台相结合，该架构可提供最佳裸机性能，同时原生支持多节点租户隔离。NVIDIA的Quantum InfiniBand平台提供可预测的裸机性能隔离。并且采用零信任安全防护，因而这些新系统也更加安全。

除此之外，近日英伟达还和Atos宣布成立卓越人工智能实验室（Excellence AI Lab，简称EXAIL），该实验室将汇聚一批科学家和研究人员，助力推进欧洲计算技术、教育和研究的发展。该实验室的首批研究项目将集中在高性能计算和人工智能的进步所推动的五大关键领域：气候研究、医疗和基因组学、与量子计算的结合、边缘人工智能/计算机视觉以及网络安全。

为了更准确地预测气候变化，来自Atos和NVIDIA的研究人员将在欧洲最快的超级计算机——Jülich超级计算中心上，运行新的AI和深度学习模型。这种巨型模型可用于预测极端天气事件的演变、及其随全球变暖而发生的变化,而这些将极大地受益于E级计算。
 
超级计算机的绝对玩家

在超级计算机方面，英伟达可谓已经驾轻就熟了，目前英伟达已拥有几台全球最大的超级计算机。英伟达基于Ampere的Selene是全球第六大超级计算机。Selene 在 AI 性能上可以达到超过1 EFLOPS (exaflops) 的性能。

除此之外，英伟达在英国推出的Cambridge-1就大获成功，它的大小与 Selene 差不多。这是全球医疗研究领域最强大的人工智能超级计算机，目前已被众多领先的医疗公司采用。

据英伟达最近的信息公开，南方卫理公会大学正在安装一台 NVIDIA DGX SuperPOD 超级计算机。该大学希望这台超级计算机为这个拥有12000多名学生和2400名教职员工的庞大社区推动机器学习项目的发展。除了该大学之外，美国中南部还有两所大学也宣布计划使用 NVIDIA 技术以推动研究高速发展。

如果Earth-2研发成功，将成为预测未来气候变化的一大利器，也将是全球人民的福音。