На этой неделе Национальное управление океанических и атмосферных исследований объявило о том, что новые суперкомпьютеры, которые оно использует для улучшения прогнозирования и моделирования погоды, запущены в работу.
Суперкомпьютеры, названные Dogwood и Cactus в честь местных растений, произрастающих в соответствующих местах, являются суперкомпьютерами Cray компании Hewlett Packard Enterprise.
"Эти численные модели, которые мы запускаем на этих суперкомпьютерах, фактически обеспечивают основу для прогнозов, которые используют различные заинтересованные стороны - общественность, управляющие водными ресурсами, руководители чрезвычайных ситуаций, например, в случае ураганов", - говорит Брайан Гросс, директор Центра моделирования окружающей среды NOAA. "И существует прямая связь между вычислительными возможностями и нашими возможностями моделирования".
Скорость работы Dogwood и Cactus составит 12,1 петафлопс, то есть они смогут выполнять около 12 квадриллионов вычислений в секунду. Это в три раза быстрее, чем предыдущая система NOAA, производительность которой составляла около 4,2 петафлопс. Объем памяти также удвоился и составил около 26 петабайт.
"На обычном ноутбуке у вас может быть четырехъядерный процессор. На этих суперкомпьютерах мы имеем около 327 680 ядер в системе", - говорит Дэвид Мишо, директор офиса центральной обработки данных Национальной метеорологической службы, которая является агентством в составе NOAA.
Планы по созданию обновленной оперативной суперкомпьютерной системы по погоде и климату были впервые обнародованы в 2020 году. Тогда NOAA сообщило, что заменяет существующие системы в Рестоне, штат Вирджиния, и Орландо, штат Флорида, и заключает контракт с компанией General Dynamics Information Technology на предоставление обновленных суперкомпьютерных продуктов и услуг. Комплект новых суперкомпьютеров (основная машина и резервная) находится в Манассасе, штат Вирджиния, и Фениксе, штат Аризона. Контракт с General Dynamics рассчитан на 10 лет и имеет предельную стоимость 505,2 миллиона долларов.
В ближайшие несколько лет NOAA надеется решить последовательный ряд задач с помощью Dogwood и Cactus.
"Самое первое, что мы делаем, - это убеждаемся, что все, что работало на предыдущей системе, может продолжать работать и на новой", - говорит Гросс. "Есть ряд крупных систем моделирования, которые мы планируем модернизировать в течение следующих нескольких лет благодаря этой расширенной возможности".
Во-первых, это новая и усовершенствованная система прогнозирования ураганов под названием "Система анализа и прогнозирования ураганов", которую они надеются запустить к следующему сезону ураганов летом 2023 года. Затем они переделают Глобальную систему прогнозирования, которая прогнозирует погодные условия на срок до 30 дней, а также региональную систему, которая используется для прогнозирования суровой погоды.
Есть четыре основные вещи, которые ученые NOAA могут сделать с помощью увеличения вычислительной мощности. Они могут запускать модели с более высоким разрешением, чтобы увидеть более мелкие особенности атмосферы, например, грозы. Они могут лучше отражать физические процессы, происходящие в атмосфере, океане, на суше или морском льду. "Подумайте о том, как образуются облака, выпадают ли из них осадки, и какую форму эти осадки примут. Это те вещи, которые мы пытаемся улучшить в наших моделях", - говорит Гросс.
Более совершенные компьютеры также помогут синоптикам NOAA запустить модели, называемые ансамблями, которые используют различные наборы начальных погодных условий для прогнозирования диапазона погодных возможностей на будущий период времени, например, на завтра или на следующий четверг.
Наконец, увеличение вычислительной мощности означает, что NOAA может создавать более совершенные системы ассимиляции данных, то есть потенциально учитывать данные, поступающие из большого числа источников, от новых спутников до парусных дронов. "Спутники могут использоваться для прямого наблюдения за такими вещами, как температура поверхности моря или температурные профили в атмосфере. Мы также можем извлекать информацию из того, как сигналы спутников изгибаются при распространении через атмосферу. Это огромное количество информации, которую мы можем использовать в наших моделях для формирования начальных условий", - говорит Гросс. "Чем больше данных мы сможем интегрировать за более длительный период времени, тем лучше будут наши начальные условия, тем точнее будет прогноз".
Помимо предоставления прогнозов для общественности, NOAA также сделает некоторые из своих источников данных и моделей доступными для исследователей через различных облачных провайдеров (Microsoft, Google, Amazon Web Services и т.д.) и программы открытых данных.
"Это был интересный способ получить различные представления о данных для различных целей, помимо простого составления прогноза", - говорит Мишо. "Один из примеров - на AWS у нас есть все объемные сканирования радаров, начиная с 1990-х годов и заканчивая реальным временем... Когда мы выпустили данные радаров, люди использовали их для изучения миграции птиц. Пока вы не сделаете эти данные открытыми и доступными, вы никогда не узнаете, каковы пределы или возможности этого конкретного набора данных".