世界のスーパーコンピュータとそれを動かす人々


4月 30, 2014

正確な予報はスーパーコンピュータの支出と関連

HPCwire Japan

Tiffany Trader

吹雪と西部の州が干ばつ緊急事態を宣言しているカリフォルニアで10年に渡る長い日照りの戦いの後、国の広い地域一帯が吹雪に見舞われているように、天候はほぼすべての人の関心事である。長年にわたり現在、民衆は天候を予測するために強力なスーパーコンピューターに依存してきており、実践を学ぶことは依然不確実性を孕んでいるために驚かされることがあるかも知れない。

Nashua Telegraphの記者、David Brooksの言葉で、スーパーコンピュータは、我々がそうであるよう天気について殆ど不確実のようである。それは、物事を少し誇張しているが、大気はカオス系であり、そのカオスのみがより多くを制御することができる。

専門家のサークル内で、大気の状態や事象を最も上手く予測する方法について議論がある。その議論は、世界で最も著名な大規模気象モデルに関連する正確さと不確実性の程度に集中した。

気象モデルはすべて同じ基本技法を採用している。それらは衛星、気象観測気球や他のサイトからデータを収集し、コンピュータが解答を計算するために、物理学方程式にそれらを組み込む。そのプロセスは、例えば、最も可能性の高い追跡で嵐を捉えるように、例証するために何回も繰り返される。これは、すべての極めて迅速に行われることがある。予測精度は、その質と入力データ、利用可能な計算能力とコード設計の質と数に依存する。

「多くのモデルでは、2、3、4日間の特定の物事を予測することにより良い仕事をしているように思えますが、しかし実際の事象へ近づく場合、別のモデルは降雪量のようなものがより良い仕事をするかも知れません。」とダーラムにあるニューハンプシャー大学の地理学の準教授であり、州の公式気候学者であるMary Stamponeは指摘する。「それは、どれ(モデル)がより合理的であるか理解し、このすべてのコンピュータデータを分類するために訓練された気象学者の専門知識が必要です。 」

問題がオリンピックにさえ及び、天候の懸念は国立測候所が使用するアメリカの全体予報システムと欧州中期気象予報センター(ECMWF)の間の性能の矛盾を強調​​している。気象学者の間の一致した見解は、ECMWFの提供するより正確なグローバル予測モデルである。現在のTOP500リスト上の51番目と52番目の2つのシステムで – 欧州モデルは米国モデルよりもかなり多くのコンピューティングパワーを有している。

ECMWFは、嵐が陸地から離れて沖合に向かうこと示したアメリカのハリケーンモデルの数日先んじてハリケーンSandyが東海岸を直撃するだろうと警告した時に、米国モデルの限界が明るみに出た。

「運用されている米国数値気象予報の状況は、国への困惑であり、そしてそれがこの方法である必要はありません。」とワシントン大学の大気科学の教授、Cliff Maasは彼の気象ブログで昨年書いている。「台湾、ドイツ、イギリス、ヨーロッパセンター、カナダ、その他の国は彼らの気象予報サービスのためのより多くのコンピュータパワーを持っています。私たちの国は、あまりにも長い間、劣悪な数値予報がありました。彼らがすべてを可能にするため、新しいコンピュータは、明白かつ比較的容易な最初のステップです。 」

Maasによると、国立測候所で使用される2つの主要な予報用スーパーコンピュータは、欧州センターの10分の1のコンピューティングパワーでパワー不足である。良いニュースは、システムがハリケーンSandy補正法案の一部として2500万ドルのアップグレードを現在、受けているということである。

「もし米国が、より良いモデル作りに多くの資金と人を投資するとしたら、その後の予報は良くなるでしょう。」とオンライン予測サービス、Weather Undergroundの気象学ディレクター、Jeff Mastersは言った。「私たちが天気予報とそれらを改善するために費やすお金は、採算が取れます。」

気象学者は、リーダーシップクラスのスーパーコンピュータがこの計算集約アプリケーションによる予報を改善するために必要であることに同意する。つまり、ペタスケールスーパーコンピュータにお金をかけ、そしてエクサスケール時代に備えることを意味し、ECMWFはすでに何かすることを始めている。Crayが設立したCRESTAプロジェクトと協力して、欧州のセンターは、その34の欧州加盟国への中期気象予報を提供する統合予測システム(IFS)モデルを洗練している。

シミュレーションのためのグローバルグリッドサイズは、現在16km解像度に基づいているが、研究者は2030年までに2.5kmまで落としたグローバル気象予報モデルを実現するために取り組んでいる。エクサスケール対応とするために、IFSを1000倍以上のコア数で効率的に実行する必要がある。CRESTAによって達成された進捗は、これまでのところIFSが米国で最高速のスーパーコンピュータ、Titan上の20万CPUコアを利用することを可能にしている。これは、これまで気象モデルによって利用された最も​​大きなコア数であり、それは2023年に中期予報に必要とされる5km解像度モデルの最初の使用を記している。

最高のデータと究極のコンピューティングマシンでさえも、天気予報が完璧になることはあり得ない。気象システムは、複雑かつ離散した問題であり、それらが将来の状態を絶対的な確信を持って、一定の確率だけで決定することができない十分に複雑であることを意味する。

けれども、洗練された気象モデルと嵐の追跡ツールが厳しい気象現象の影響から国を保護する助けとなることに疑いの余地はない。竜巻、ハリケーンや洪水のような壊滅的な気象現象は、1年で国に数十億ドルの経費がかかることを考慮すると、コンピューティングパワーの向上と他の気象関連サービスの改善は、賢明な投資である。