Tworzenie cyfrowego bliźniaka Ziemi jest dziś jednym z najbardziej ekscytujących projektów w Europie. Dzięki niemu będzie można podejmować decyzje o planowaniu przestrzennym, lokowaniu inwestycji, ewakuacji ludzi czy konieczności dostarczenia wody pitnej dla konkretnego obszaru na podstawie zaawansowanych symulacji zmiany klimatu.

System DestinE ( od Destiny Earth) został uruchomiony wczoraj. Jego efektem ma być stworzenie cyfrowego bliźniaka Ziemi, tak żeby można było przeprowadzać symulacje różnych scenariuszy związanych ze zmianą klimatu, ale też podejmować decyzje dotyczące polityki klimatycznej czy adaptacji do zmiany klimatu w oparciu o analizę dużych zbiorów danych. Według Komisji Europejskiej jeśli żadne działania nie zostaną podjęte, to do końca stulecia same powodzie mogą przynieść straty rzędu biliona euro. A to tylko jedno z ekstremalnych zjawisk związanych ze zmianą klimatu. Inną są np. fale upałów. Ta, z którą mieliśmy do czynienia w 2022 roku została powiązana według unijnych urzędników z ok. 60 tys. przedwczesnych zgonów.

Tego typu zjawiska DestinE ma przewidywaćcoraz bardziej precyzyjnie i z większym wyprzedzeniem niż jest to możliwe dzisiaj. Cyfrowemu bliźniakowi będzie też można zadawać na temat klimatu o konstrukcji „co jeżeli” a ten będzie umiał prowadzić symulacje różnych scenariuszy z duża dokładnością. To zaś wymaga ogromnych mocy obliczeniowych dlatego DestinE jest z jednej strony trudnym projektem klimatycznym, z drugiej informatycznym.

LUMI, najpotężniejszy komputer Europy

Do tak ambitnego planu potrzebne są superkomputery, dlatego filarem systemu jest fiński LUMI, najszybszy superkomuter w Europie. Znajduje się on w Kajaani w Finlandiii, gdzie działa od dwóch lat. Kiedy został uruchomiony był trzecim najpotężniejszym superkomputerem na świecie i miał moc obliczeniową dwóch milionów laptopów. Dziś może się pochwalić mocą 386 petaflopów, ( taka jednostka to biliard obliczeń na sekundę czyli 1015) i znajduje się na piątym miejscu. Najpotężniejszy komputer świata ma niezmiennie Oak Ridge National Laboratory w Stanach Zjednoczonych, jego moc sięga ponad 1,2 eksaflopa ( czyli 1018

Lumi jest zasilany energią z wody, a dzięki swojemu położeniu potrzebuje nieco mniej energii do chłodzenia. Nie mniej jednak ciepło jakie jest efektem działania komputera służy do zasilenia setek domów w Kajaani. W rankingu najbardziej zrównoważonych superkomputerów LUMI zajął dwunaste miejsce.

Dwa cyfrowe bliźniaki i jezioro danych

- LUMI zapewnił większość mocy obliczeniowej dla projektu. Prawie 10% dotychczasowej mocy obliczeniowej zostało wykorzystane dla Destination Earth. Sukces jest świadectwem nie tylko mocy obliczeniowej LUMI, ale także jego nowoczesnej architektury, która jest odpowiednia dla wymagających symulacji- mówi Pekka Manninen, główny badacz Destination Earth's ClimateDT i dyrektor ds. nauki i technologii w naukowym centrum informatycznym CSC.

System DestinE jest obecnie operacyjny. Plan jest taki, by dokładając kolejne komponenty, rozwiązania i dane zbudować cyfrową replikę Ziemi do 2030 roku. Dziś na ten system składa się: platforma usług podstawowych, dwa cyfrowe bliźniaki: jeden związany z adaptacją do zmiany klimatu, drugi z ekstremami pogodowymi oraz „jezioro danych” czyli dostęp do informacji DestinE oraz innych źródeł w tym z Copernicusa, czyli unijnego programu obserwacji Ziemi, danych środowiskowych, socjoekonomicznych, danych dotyczących źródeł energii i efektywności ich wykorzystania, danych meteorologicznych etc.

Za projektem Komisji Europejskiej stoją Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF), Europejska Agencają Kosmiczna (ESA) i Europejska Organizacja Eksploatacji Satelitów Meteorologicznych (EUMETSAT) ale w mniejszym lub większym stopniu brało w nim udział ok. 100 partnerów, publicznych i prywatnych, z Europy.

Globalne symulacje z lokalną dokładnością

Według ECMWF już dziś możliwości cyfrowych bliźniaków są takie, że można poinformować dzięki symulacjom numerycznym o ekstremalnym zjawisku pogodowym na kilka dni przed tym jak się wydarzy albo przewidzieć jego skutki nawet w rozdzielczości do jednego kilometra. Co jednak jest jeszcze większym wyzwaniem DestinyE będzie też prowadził wielodekadowe globalne symulacje klimatu z lokalną szczegółowością, w tym uwzględniając dane dla tak wrażliwych obszarów jak planowanie przestrzenne, źródła energii odnawialnej czy sytuacja hydrologiczna. Dziś system może to robić z dokładnością do 5 km podczas gdy wcześniej granicą były dziesiątki jeśli nie setki kilometrów. Dostarcza dokładnych informacji na temat ryzyka powodzi, pożarów lasów czy przepływów rzek na danym obszarze w perspektywie do 2040 roku. - Celem jest tworzenie zaktualizowanych symulacji co roku lub rzadziej, w porównaniu z obecnymi modelami, które są uruchamiane tylko co kilka lat. Umożliwia to uwzględnienie najnowszych osiągnięć w nauce o systemie ziemskim i infrastrukturze cyfrowej- precyzuje ECMWF. System ma się opierać na koncepcji strumieniowego przesyłania danych, co ma zapewnić mu sprawność działania i zmniejszyć potrzebę przechowywania gigantycznej ilości danych.

Kolejny etap: pakiet rozwiązań AI

Projekt uruchomiony w poniedziałek wszedł teraz w drugą fazę działania, obie to koszt ok. 150 mln euro.- Trzeci etap finansowania jest uzależniony od porozumienia w sprawie ostatecznego programu „Cyfrowa Europa” na lata 2025–2027, który jest obecnie opracowywany. W ramach programu „Horyzont Europa” przyznano jednak dalsze finansowanie badań i rozwoju w zakresie dodatkowych cyfrowych zdolności bliźniaków cyfrowych- informuje Komisja Europejska.

Aktualnie trwa praca nad dużym pakietem rozwiązań opartym na AI. - W ramach tego pakietu zostanie zbudowany interfejs oparty na języku naturalnym, za pomocą którego będzie można zadać dowolne pytanie związane ze zmianami klimatu. Naukowcy i inni użytkownicy systemu będą mogli wykorzystywać go do zadawania pytań typu „co by było gdyby” w celu znalezienia konkretnych odpowiedzi wspierających podejmowanie decyzji. Kolejnym krokiem będzie również poprawa marginesu błędu prognoz, co zweryfikuje moc predykcyjną symulacji- informuje CSC.

Superkomputery w Europie

Lumi jest częścią konsorcjum, w którego skład wchodzą partnerzy z jedenastu krajów w tym Polska. Tutaj koordynatorem działań jest centrum Cyfronet działające na Akademii Górniczo- Hutniczej w Krakowie. Tam też działa najpotężniejszy superkomputer w Polsce notowany na liście TOP 500. Athena z mocą obliczeniową ponad 5 petaflopów znalazła się na 177 miejscu.

W Europie pracuje aktualnie dziewięć superkomputerów, które powstały w ramach HPC JU publiczno-prywatnej inicjatywy rozpoczętej przez Komisję Europejską. To:

  • Lumi z Finlandii -386 petaflopów ( nr 5 w globalnym rankingu)
  • Leonardo z Włoch- 249 petaflopw ( nr 7 w globalnym rankingu)
  • Marenostrum 5 z Hiszpanii- 215 petaflopów (nr 8 w globalnym rankingu)
  • Meluxina z Luksemburga- 12 petaflopów ( nr 89 w globalnym rankingu)
  • Karolina z Czech- 9,5 petaflopa ( nr 135 w globalnym rankingu)
  • Discoverer z Bułgarii- 4,5 petaflopa ( nr 188 w globalnym rankingu)
  • Vega ze Słowenii- 6,9 petaflopa ( nr 226 w globalnym rankingu)
  • Deucalion z Portugalii- 3,9 petaflopa ( nr 219 w globalnym rankingu)
  • Jupiter z Niemiec, który ma być pierwszym komputerem w Europie o mocy 1 eksaflopa a jednocześnie najbardziej zrównoważonym tego typu urządzeniem na świecie.