สร้างโลกดิจิทัลเสมือนจริงจำลองสภาพอากาศแบบละเอียดครอบคลุมพื้นผิวโลก ทะเล ชั้นบรรยากาศ

ทีมนักวิจัยที่นำโดยเดเนียล คล็อค (Daniel Klocke) จาก Max Planck สถาบันอุตุนิยมวิทยาในเยอรมนี สามารถสร้างโลกดิจิทัลจำลอง หรือ Digital twin ที่มีความละเอียดถึง 1.25 กิโลเมตรต่อหนึ่งตารางกริด ที่ถือว่าเข้าใกล้ความสามารถในการจำลองระบบภูมิอากาศโลกได้อย่างสมบูรณ์แบบที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ก่อนหน้านี้ แบบจำลองดิจิทัลของโลกที่ใช้สำหรับการพยากรณ์สภาพอากาศมีความละเอียดแค่ 40 กิโลเมตรต่อหนึ่งตารางกริด แต่ล่าสุดสามารถเพิ่มความละเอียดเป็น 1.25 กิโลเมตร ทำให้สามารถจับการก่อตัวและการเคลื่อนที่ของปรากฏการณ์เล็ก ๆ เช่น พายุฝนฟ้าคะนอง หรือกระแสน้ำในมหาสมุทรเฉพาะที่ได้อย่างชัดเจน

แบบจำลองนี้ประกอบด้วยเซลล์ทั้งหมด 672 ล้านเซลล์ โดยแบ่งเป็น 336 ล้านเซลล์ครอบคลุมพื้นผิวโลกและทะเล และอีก 336 ล้านเซลล์ซ้อนทับในชั้นบรรยากาศ

โลกดิจิทัลที่อาศัยพลังซูเปอร์คอมพิวเตอร์มหาศาล

ความสำเร็จนี้เกิดขึ้นได้จากการใช้ทรัพยากรการคำนวณที่ต้องพึ่งพาซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุด 2 แห่งในยุโรป ได้แก่

1. ระบบ Alps ในสวิตเซอร์แลนด์ ใช้ 8,192 GPU
2. ระบบ JUPITER ในเยอรมนี ใช้ 20,480 GPU

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั้งสองใช้ชิป NVIDIA GH200 Grace Hopper ใหม่ล่าสุด ซึ่งรวมหน่วยประมวลผล GPU และ CPU เข้าด้วยกัน เพื่อรองรับการคำนวณที่ซับซ้อน

โดยทีมงานสามารถสร้างการบีบอัดเวลาได้สูงถึง 145 วัน จำลองต่อวันจริง โดยต้องประมวลผลค่าที่เรียกว่า ระดับความเป็นอิสระ เกือบ 1 ล้านล้านค่า ซึ่งประสิทธิภาพการทำงานนี้เหนือกว่าการจำลองสภาพบรรยากาศในอดีตอย่างมาก และเปิดประตูสู่การศึกษาปฏิสัมพันธ์ของระบบโลกในระยะยาว

ผสานกระบวนการ ‘เร็ว’ และ ‘ช้า’ เข้าด้วยกัน

ตามรายงานของ Universe Today แบบจำลองที่ซับซ้อนในอดีตมักจะจำกัดอยู่ที่ความละเอียด เกิน 40 กิโลเมตร เนื่องจากข้อจำกัดด้านการคำนวณ แต่นวัตกรรมของทีม Max Planck คือการรวมกระบวนการ “เร็ว” และ “ช้า” ของระบบโลกเข้าด้วยกันที่ความละเอียดสูงนี้

• กระบวนการเร็ว เช่น วงจรพลังงานและน้ำที่ควบคุมสภาพอากาศ ซึ่งต้องมีการอัปเดตทุก ๆ สองสามนาที
• กระบวนการช้า เช่น วงจรคาร์บอน การเปลี่ยนแปลงชีวมณฑล และเคมีของมหาสมุทร ซึ่งเปลี่ยนแปลงในระดับปีหรือทศวรรษ

ความก้าวหน้านี้เกิดขึ้นได้ด้วยการพัฒนาวิศวกรรมซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อน โดยใช้กรอบงาน Data-Centric Parallel Programming ซึ่งเป็นการปรับปรุงโคดฐาน Fortran ที่เก่าแก่หลายสิบปีให้ทันสมัย ทำให้ผลงานระดับโลกชิ้นนี้ส่งให้ทีมงานได้รับการเสนอชื่อเข้าชิงรางวัลอันทรงเกียรติ Gordon Bell Prize for Climate Modelling ซึ่งจะมีการประกาศผลรางวัลในงาน Supercomputing Conference วันที่ 18 พฤศจิกายนนี้ด้วย