Un changement dans la météo l’IA et l’informatique accélérée promettent des prédictions plus rapides et plus efficaces

L'IA et l'informatique accélérée promettent des prédictions météorologiques plus rapides et efficaces.

La fréquence accrue et la gravité des événements météorologiques et climatiques extrêmes pourraient entraîner un million de décès et coûter 1,7 billion de dollars par an d’ici 2050, selon la Munich Reinsurance Company.

Cela souligne la nécessité critique de prévisions météorologiques précises, surtout avec l’augmentation des phénomènes météorologiques violents tels que les tempêtes de neige, les ouragans et les vagues de chaleur. L’intelligence artificielle et le calcul accéléré sont prêts à aider.

Plus de 180 centres de modélisation météorologique utilisent une infrastructure robuste de calcul haute performance (HPC) pour traiter les modèles traditionnels de prévision numérique du temps (NWP). Cela comprend le Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF), qui fonctionne sur 983 040 cœurs de CPU, et le superordinateur du Met Office britannique, qui utilise plus de 1,5 million de cœurs de CPU et consomme 2,7 mégawatts de puissance.

Réexamen de la conception du HPC

La tendance mondiale vers l’efficacité énergétique incite à repenser la conception des systèmes HPC. Le calcul accéléré, exploitant la puissance des GPU, offre une alternative prometteuse et économe en énergie qui accélère les calculs.

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Les GPU NVIDIA ont un impact significatif sur les modèles météorologiques adoptés à l’échelle mondiale, notamment ceux de l’ECMWF, de l’Institut Max Planck de météorologie, du service météorologique allemand et du Centre national de recherche atmosphérique.

Les GPU améliorent les performances jusqu’à 24 fois, augmentent l’efficacité énergétique, réduisent les coûts et les exigences d’espace.

“Pour rendre les prévisions météorologiques fiables et les projections climatiques réalisables dans les limites du budget énergétique, nous comptons sur des améliorations algorithmiques et du matériel où les GPU NVIDIA sont une alternative aux CPU”, a déclaré Oliver Fuhrer, responsable de la prévision numérique chez MeteoSwiss, l’office national suisse de météorologie et de climatologie.

Modèle d’IA améliore la vitesse et l’efficacité

Le modèle de prévision météorologique basé sur l’IA de NVIDIA, FourCastNet, offre une précision compétitive avec une vitesse et une efficacité énergétique beaucoup plus élevées par rapport aux méthodes traditionnelles. FourCastNet produit rapidement des prévisions d’une semaine et permet la génération de grands ensembles – ou groupes de modèles présentant de légères variations dans les conditions de départ – pour des prédictions météorologiques extrêmes avec une grande confiance.

Par exemple, en se basant sur des données historiques, FourCastNet a prédit avec précision les températures du 5 juillet 2018 à Ouargla, en Algérie – le jour le plus chaud jamais enregistré en Afrique.

En utilisant les GPU NVIDIA, FourCastNet a rapidement et précisément généré 1 000 membres de l’ensemble, dépassant ainsi les modèles traditionnels. Une douzaine des membres ont prédit avec précision les températures élevées en Algérie en se basant sur des données remontant à trois semaines avant l’événement.

Cela a marqué la première fois que l’équipe de FourCastNet a prédit un événement à fort impact plusieurs semaines à l’avance, démontrant le potentiel de l’IA pour des prévisions météorologiques fiables avec une consommation d’énergie inférieure aux modèles météorologiques traditionnels.

FourCastNet utilise les dernières avancées de l’IA, telles que les modèles transformateurs, pour combiner l’IA et la physique et obtenir des résultats révolutionnaires. Il est environ 45 000 fois plus rapide que les modèles NWP traditionnels. Et une fois entraîné, FourCastNet consomme 12 000 fois moins d’énergie pour produire une prévision que le système de prévision intégré basé en Europe, un modèle NWP de référence.

“NVIDIA FourCastNet ouvre la porte à l’utilisation de l’IA pour une grande variété d’applications qui changeront la forme de l’entreprise NWP”, a déclaré Bjorn Stevens, directeur de l’Institut Max Planck de météorologie.

Élargir les possibilités

Lors d’une session de la NVIDIA GTC, Stevens a décrit ce qui est désormais possible avec l’outil de recherche climatique ICON. Le superordinateur Levante, utilisant 3 200 CPU, peut simuler 10 jours de prévisions météorologiques en 24 heures, a déclaré Stevens. En revanche, le superordinateur JUWELS Booster, utilisant 1 200 GPU NVIDIA A100 Tensor Core, peut exécuter 50 jours de simulation en même temps.

Les scientifiques cherchent à étudier les effets du climat sur les 300 prochaines années, ce qui signifie que les systèmes doivent être 20 fois plus rapides, a ajouté Stevens. En adoptant une technologie plus rapide comme les processeurs NVIDIA H100 Tensor Core GPUs et un code plus simple, nous pourrions y parvenir, a-t-il déclaré.

Les chercheurs sont maintenant confrontés au défi de trouver l’équilibre optimal entre la modélisation physique et l’apprentissage automatique pour produire des prévisions climatiques plus rapides et plus précises. Un blog de l’ECMWF publié le mois dernier décrit cette approche hybride, qui repose sur l’apprentissage automatique pour les prédictions initiales et les modèles physiques pour la génération de données, la vérification et le raffinement du système.

Une telle intégration – réalisée grâce à des calculs accélérés – pourrait conduire à des avancées significatives dans la prévision météorologique et la science du climat, inaugurant une nouvelle ère de prédictions efficaces, fiables et économes en énergie.

En savoir plus sur la façon dont les calculs accélérés et l’intelligence artificielle renforcent la science du climat grâce à ces ressources:

• NVIDIA one-pager: Prévoir la météo avec l’IA
• NVIDIA one-pager: Prévisions météorologiques plus rapides
• Page des ressources NVIDIA: Informatique durable
• Blog technique NVIDIA: IA pour une révolution en calcul scientifique

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