Badacze zajmujący się klimatem zdobywają inauguracyjną nagrodę ACM Gordon Bell Prize za modelowanie klimatu

Międzynarodowy zespół badaczy klimatu otrzymał inauguracyjną nagrodę ACM Gordon Bell Prize 2023 w dziedzinie modelowania klimatu na SC23. Nagroda stanowi wyraz ich pionierskiej pracy nad projektem zatytułowanym „E3SM Simple Atmospheric Model for Cloud Solution Running on the Frontier Exascale System”.

Model SCREAM (E3SM Simple Cloud Resolved Atmospheric Model) stanowi pierwszy tego rodzaju model w modelowaniu klimatu i jest pierwszym uruchomionym w systemie Frontier Exascale. Z jego pomocą zespół osiągnął rekordową wydajność 1,26 roku symulacji dziennie w realistycznej symulacji rozwiązania chmurowego. Ogromne dane wygenerowane w wyniku tych wyników stanowią kluczowe źródło informacji dla klimatologów pragnących zrozumieć zachowanie i skutki głębokich chmur konwekcyjnych, stanowiących istotną część systemu kontroli klimatu planety.

Zaprojektowany jako kompleksowe narzędzie, SCREAM łączy w sobie cztery ważne innowacje. Obejmuje to rozwój Portable C++, wykorzystanie modelu programowania Kokkos i biblioteki C++ w celu zapewnienia równoległości w węźle. Jeśli chodzi o modelowanie, postępy algorytmiczne w modelu podstawowym pomagają oszczędzać energię w mniejszych krokach czasowych, podczas gdy wykorzystywane są parametry fizyczne podsieci – klasa modeli powszechnie stosowanych w symulacjach klimatycznych. W przypadku operacji we/wy SCREAM wykorzystuje biblioteki SCORPIO i ADIOS.

Ogłoszona w tym roku nagroda ACM Gordon Bell Climate Modeling Prize ma na celu docenienie znaczącego wkładu klimatologów i inżynierów oprogramowania w naszą zdolność przewidywania aktywności klimatycznej. Nagroda, pełniąc rozszerzoną rolę, ma także na celu stymulowanie dalszych badań naukowych i wysiłków na rzecz rozwiązania globalnego kryzysu klimatycznego. Nagroda, ufundowana przez Gordona Bella, obejmuje nagrodę w wysokości 10 000 dolarów.

Wielokrotnie nagradzane narzędzie do modelowania SCREAM umożliwia klimatologom badanie chmur konwekcyjnych, które powstają w wyniku unoszenia się ciepłego powietrza w cieńszej atmosferze, z niespotykaną dotąd szczegółowością. Zrozumienie tych głębokich chmur konwekcyjnych, które mogą mieć grubość kilku kilometrów, jest niezbędne, ponieważ napędzają one cyrkulację tropikalną i wpływają na transfer energii na dużej części planety.

Zwycięski zespół składający się z dziewiętnastu członków z różnych laboratoriów krajowych oraz firmy Hewlett Packard Enterprise wykazał, że dzięki wyjątkowej mocy nowo wprowadzonych superkomputerów eksaskalowych i modelowi SCREAM możliwe jest teraz wydajne tworzenie dokładnych symulacji głębokich chmur konwekcyjnych. To osiągnięcie stanowi ogromny krok naprzód w nauce o klimacie.

Kluczowym narzędziem w tych badaniach jest komputer eksaskalowy Frontier, opracowany przez Oak Ridge National Laboratory w 2022 roku. Najnowsza generacja ultrawydajnych superkomputerów jest w stanie wykonywać tryliony operacji na sekundę. Zwycięski zespół użył sprzętu Frontier do ustanowienia rekordu, wykorzystując 32 768 procesorów graficznych w 8192 węzłach, co dało oszałamiającą symulację danych klimatycznych obejmujących 1,26 roku dziennie.

Ten przełom w symulacji chmur stanowi znaczący postęp w nauce o klimacie. Zespół twierdzi, że zgromadzone dane ułatwią wiarygodne przewidywanie przyszłych skutków klimatycznych, które tradycyjnie były nieuchwytne, ponieważ występują lokalnie w czasie i przestrzeni. Nagroda ACM Gordon Bell w dziedzinie modelowania klimatu została wręczona podczas Międzynarodowej Konferencji na temat obliczeń o dużej wydajności, sieci, przechowywania i analizy (SC23), która odbyła się w Denver w Kolorado.