2050년까지 기후 중립을 이루기 위해 유럽 연합은 두 가지 야심찬 프로그램인 그린 딜(Green Deal)을 시작했습니다.
관찰 데이터는 지속적으로 입력됩니다.진화를 추적하고 가능한 미래의 변화 궤적을 예측하기 위해 디지털 지구 모델을보다 정확하게 만드는 디지털 트윈. 그러나 날씨와 기후를 모델링하는 데 일반적으로 사용되는 관측 데이터 외에도 연구원들은 관련 인간 활동에 대한 새로운 데이터를 모델에 통합하려고합니다. 지구 시스템의 새로운 모델은 수자원, 식량 및 에너지 관리에 대한 인간의 영향뿐만 아니라 물리적 시스템의 프로세스를 포함하여 지구 표면의 거의 모든 프로세스를 가능한 한 현실적으로 표시합니다.
디지털 트윈은 보다 지속 가능한 개발을 보여주고 정책에 더 나은 정보를 제공하는 시나리오를 개발하고 테스트하는 정보 시스템을 목표로 합니다.
"예를 들어,네덜란드에 있는 2미터 높이의 댐에서 디지털 트윈의 데이터를 보고 댐이 2050년에 예상되는 극한 상황으로부터 보호할 수 있는지 확인할 수 있습니다."
피터 바우어(Peter Bauer)는 유럽 중거리 기상 예보 센터(ECMWF) 연구 담당 부국장이자 Destination Earth의 공동 창설자입니다.
디지털 트윈은 담수 및 식량 공급 또는 풍력 및 태양 광 발전소의 전략적 계획에도 사용될 것입니다.
연구원들이 고려해야 할 사항을 말합니다1940 년대 이후 꾸준한 기상 패턴의 발전. 기상학자는 세계에서 가장 큰 컴퓨터에서 물리적 프로세스 모델링을 처음으로 시작했습니다. 오늘날의 날씨 및 기후 모델은 다른 많은 과학 분야에서 슈퍼 컴퓨터를 효율적으로 사용하는 완전히 새로운 방법을 정의하는 데 이상적입니다.
과거에 날씨와 기후를 모델링 할 때지구 시스템 모델링에 다른 접근 방식을 사용했습니다. 기후 모델은 매우 광범위한 물리적 프로세스를 나타내지 만 일반적으로보다 정확한 기상 예측에 필요한 소규모 프로세스를 설명하지 않아 결과적으로 더 적은 프로세스에 초점을 맞 춥니 다. 디지털 트윈은 두 영역을 통합하고 전체 지구 시스템의 복잡한 프로세스를 고해상도로 시뮬레이션 할 수 있습니다. 그러나이를 위해 시뮬레이션 프로그램의 코드는 훨씬 더 높은 컴퓨팅 성능을 약속하는 새로운 기술에 맞게 조정되어야합니다.
컴퓨터 및 알고리즘 사용 가능오늘날, 매우 복잡한 시뮬레이션은 계획된 1km의 매우 높은 해상도에서 거의 수행 할 수 없습니다. 수십 년 동안 코드 개발이 컴퓨터 과학 관점에서 정체 되었기 때문입니다. Climate Research는 프로그램을 점검 할 필요없이 차세대 프로세서를 사용하여 성능을 개선 할 수있는 능력을 활용했습니다. 새로운 세대의 프로세서에 대한이 무료 성능 향상은 약 10 년 전에 중단되었습니다. 결과적으로 최신 프로그램은 종종 기존 프로세서의 최대 성능의 5 % 만 사용할 수 있습니다.
필요한 개선을 달성하기 위해 과학자들은지난 10 년 동안 연구팀이 성공적으로 입증 한 공동 설계, 즉 하드웨어와 알고리즘의 공동 및 동시 개발의 필요성을 강조합니다. 그들은 일반적인 데이터 구조, 계산 된 그리드의 최적화 된 공간 샘플링 및 시간 단계 길이의 최적화에 특별한주의를 기울일 것을 제안합니다. 과학자들은 또한 적절한 시스템 아키텍처에서 최적의 계산을 수행하는 코드에서 과학적 문제를 해결하기위한 코드를 분리하려고합니다. 이보다 유연한 프로그램 구조는 미래의 아키텍처로보다 빠르고 효율적으로 전환 할 수있게합니다.
저자는 또한인공 지능. 예를 들어, 데이터를 동화하거나 관찰 데이터를 처리하고, 모델에서 정의되지 않은 물리적 프로세스를 표현하고, 데이터를 압축하는 데 사용할 수 있습니다. 따라서 AI는 모델링 속도를 높이고 대량의 데이터에서 가장 중요한 정보를 필터링 할 수 있습니다. 또한 연구원들은 기계 학습을 사용하면 계산이 더 효율적일뿐만 아니라 물리적 프로세스를 더 정확하게 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 제안합니다.
과학자들은 전략 문서를 검토합니다.지구의 디지털 트윈을 만드는 길의 출발점으로. 현재 사용 가능하고 가까운 장래에 예상되는 컴퓨터 아키텍처 중에서 그래픽 처리 장치 (GPU) 기반 슈퍼 컴퓨터가 가장 유망한 옵션으로 보입니다. 연구원들은 풀 스케일 디지털 트윈에는 약 20,000 개의 GPU와 약 20 메가 와트의 전력을 갖춘 시스템이 필요할 것으로 추정합니다. 경제적 및 환경 적 이유로 이러한 컴퓨터는 CO2 중립성으로 생성 된 전기를 충분한 양으로 사용할 수있는 위치에서 작동해야합니다.
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