Сосредоточившись на точности климатических прогнозов, вычислительная группа под руководством Sandia National Laboratories недавно достигла важной вехи, разработав модель разрешения облаков, которую они запустили на Frontier, первом в мире суперкомпьютере эксафлопсного масштаба.
«Мы создали первую глобальную модель с разрешением облаков, чтобы смоделировать климатический год в мире за один день», — сказал исследователь из Sandia Марк Тейлор, главный специалист по вычислениям Energy Exascale Earth System Model, или E3SM, проекта восьми лабораторий, поддерживаемого Управление науки Министерства энергетики за разработку передовых моделей климата. «Мы открываем новую эру точности».
Модель E3SM моделирует критические аспекты климатической системы Земли , которые могут повлиять на условия в Соединенных Штатах в ближайшие десятилетия, включая экстремальные температуры , засухи, наводнения и повышение уровня моря.
Облака играют решающую роль в климатической системе Земли, влияя на погодные условия и осадки. «Традиционные модели системы Земля изо всех сил пытаются точно представить облака», — сказал Тейлор. «Это потому, что они не могут моделировать небольшую опрокидывающую циркуляцию в атмосфере, ответственную за образование облаков, и вместо этого полагаются на сложные приближения этих процессов».
Группа E3SM разработала улучшенную модель атмосферы с разрешением облаков под названием SCREAM для простой модели атмосферы E3SM с разрешением облаков. «Эта программа следующего поколения может существенно уменьшить основные систематические ошибки в осадках, обнаруженные в текущих моделях , — сказал Тейлор, — благодаря более реалистичному и точному рассмотрению конвективных штормов и атмосферных движений, ответственных за формирование облаков».
Но одной новой модели было недостаточно. Запуск симуляции, которая позволяет решать проблемы облаков в глобальном масштабе в течение многих десятилетий, требует огромных вычислительных ресурсов для выполнения в разумные сроки. Эксафлопсный компьютер, выполняющий более квинтиллиона вычислений в секунду — это цифра 1, за которой следуют 18 нулей, — был как раз тем, что было нужно.
Frontier, построенный под эгидой Министерства энергетики в Национальной лаборатории Ок-Ридж, заполняет этот счет, имея более 9000 вычислительных узлов. Команда E3SM в Sandia работала над тем, чтобы SCREAM хорошо работал на Frontier, других системах на базе GPU и более традиционных суперкомпьютерах на базе CPU.
Ожидается, что Frontier станет готовой к производству машиной в конце этого года и только сейчас начинает открываться для обычных пользователей. В рамках проекта Exascale Computing Министерства энергетики США у разработчиков E3SM было 10-дневное окно для тестирования производительности новой модели SCREAMv1, работающей с глобальным разрешением 3,25 км. Они добились рекордной производительности, при этом атмосферный компонент работает со скоростью, превышающей смоделированный год в день.
Производительность графического процессора SCREAM в сочетании с эксафлопсной машиной впервые позволит моделировать многолетний климат с более точным учетом облаков, что приведет к более точным прогнозам погоды и климата в будущем.
