安捷數科與Graphcore攜手，使用IPU進行氣象預測、精準灌溉和防災減災
發布時間：2021-11-23 16:47
發布者：eechina
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安捷中科全資子公司安捷數科與Graphcore（擬未）正式宣布達成戰略合作，雙方將以目前用于氣象、灌溉和災害預防的ET0科學計算合作項目為基礎，延伸到為不同行業與場景共同打造基于IPU的整合解決方案，應用于農業、工業、氣象、鄉村振興、防災減災等領域，解決這些領域在數字轉型和AI轉型上面臨的挑戰和痛點，在IPU系統上釋放行業的數據價值。 安捷數科與Graphcore的初期合作是基于IPU上ET0模型的科學計算項目，雙方的技術團隊使用了氣象數據來在ET0模型上預測天氣，對比安捷之前使用的計算平臺CPU，安捷的技術團隊在IPU上實現了60.5倍性能提升，這使得大規模精準天氣預測成為可能。在下一階段，除了擴大氣象預測規模和時間范圍，隨著更豐富的數據集的使用，雙方將使用ET0基于蒸發蒸騰量來進行森林大火預防、精準農業灌溉、自然災害預測和保險減災方面的應用。 如欲查看安捷數科通過IPU加速ET0模型計算的視頻，請訪問鏈接。 在IPU上實現快速精準的氣象預測 近期舉行的第26屆氣候變化大會再次為人類拉響了氣候危機的警鈴，全球頻發的極端天氣比如森林大火、干旱、洪水、颶風、極寒極熱等已經成為各個國家首要解決的問題。今年8月，中國氣象局發布了《中國氣候變化藍皮書：極端天氣氣候事件風險進一步加劇》，藍皮書顯示，隨著高溫、強降水等極端天氣氣候事件的增多增強，我國氣候風險水平趨于上升。1961年至2020年，我國極端強降水事件呈增多趨勢，極端高溫事件自20世紀90年代中期以來明顯增多；1991年至2020年，我國氣候風險指數平均值（6.8）較1961年至1990年平均值（4.3）增加了58%。今年的河南暴雨災害便是極端天氣事件的典型。 先進的AI技術和科學計算正在被探索如何應用于應對此類極端天氣事件上。安捷數科在眾多氣象要素中，選擇了基于蒸發蒸騰量的ET0（Reference evapotranspiration）來進行精準氣象預測。ET0通過對溫度、濕度、氣壓以及風速在內的天氣要素進行插值分析和預測計算，這對氣象數據挖掘、數值天氣預報水平的評估以及氣候變化等相關研究具有重要價值。 
安捷中科CEO黃思源 安捷中科CEO黃思源說道：“在ET0的項目中，我們最大的挑戰是得到的基礎數據是稀疏的，是不準確的，有些時候中間參數會有缺失。在這種情況下，我們需要大量的數據清理、數據治理的工作，從而需要大量的算力。ET0計算的主體是Kriging插值算法，我們要通過四千多臺中國氣象站，插值出一平方公里。我們國家近似一千萬平方公里，所以我們要有一千萬個點。從四千個點要插值一千萬個點，要么不準確，要么計算工作量很大。我們還通過了地形地貌的數據進行輔助，獲得更準確的插值。所以，這個計算工作量就更巨大。最終我們選擇了Graphcore IPU代表的新型算力，來輔助提高我們的計算速度。在IPU上，目前我們做到了單一算法的速度提升，提升了60.5倍�！� “氣候變化意味著我們過去的知識和規律不再起作用了，因此我們所有的計算都須面向短時、實時的計算。對于計算的難度和強度都提出了很高的要求。Graphcore的IPU技術使得我們有信心應對未來更多的氣候變化，實現更短期的預測、更短期的響應。這項技術確實成為了安捷數科的基礎技術。這也是為什么我們希望能與Graphcore建立長期的戰略合作，把基于IPU的解決方案應用到其他領域，造福社會民眾�！秉S思源表示。
上圖顯示了2015年全年氣象數據在IPU上使用ET0的運行結果。顏色從藍到紅的變化，代表了ET0值從低到高的變化，不同區域的顏色差異直接體現了當天各個氣候要素（空氣溫度、濕度、風速、大氣壓力）統計值（最高/最低/平均）的差異性。每一個點的ET0歷史/預測數值可以用于當年極端天氣識別統計以及作物未來一段時間灌溉量的預測。 使用IPU上的ET0進行精準農業灌溉 除了氣象，蒸發蒸騰量也同樣被廣泛應用在灌溉領域。想要實現精準灌溉，唯一需要攻克的技術難點就是提供全國覆蓋的蒸發蒸騰量的實時和未來的預測。安捷數科已與國家氣象信息中心展開合作，通過國家氣象信息中心獲得全國的氣象站的歷史和實時數據，并且通過插值法計算出全國的按平方公里計量的蒸發蒸騰量。 “這個計算量很大，在Graphcore IPU上60.5倍的性能提升意味著我們能夠做到為所有的7到15天的、一平方公里精度的ET0計算提供一個實時的技術。這種提升實際上對我們來說是巨大的，使得我們未來能夠為所有的灌溉控制器提供實時控制。這對中國整個的灌溉耗水都具有深遠影響�！秉S思源說道。 將IPU驅動的創新應用于自然災害預防 蒸發蒸騰量的變化可以預見潛在的自然災害，比如若土壤和植被蒸騰量降低，那么森林大火的風險就會增高；若某一地區近期蒸騰量異常，那么就要警惕極端降雨或者干旱。同樣降雨量在某些地區、某 些土壤環境下就能引起滑坡坍塌和泥石流，但是在另一些地區卻不會。通常而言，植物覆蓋較好的地區的災害發生概率比較小，除了直觀可見的植物根系約束了土壤移動的原因外，安捷數科的最新計算表明，實際上植物的蒸發蒸騰把土壤中的大量水分帶到空氣中，同時也降低了斜坡滑坡風險。借助IPU的卓越性能表現，安捷數科將能夠進行更快速和更大量的類似創新研究。
Graphcore大中華區總裁兼全球首席營收官盧濤 Graphcore大中華區總裁兼全球首席營收官盧濤表示：“安捷數科是中國極具創新的將數據技術和數據科學應用到不同行業和社會領域中的先導企業。Graphcore（擬未）與安捷數科的合作，使得我們能夠更深入地扎根中國、服務中國，將IPU技術應用到農業、氣象、自然災害預測和社會服務等領域，為基礎設施數字化建設和產業AI轉型助力�！� “我們將繼續積極與包括安捷數科在內的客戶和生態伙伴通力合作，努力將IPU技術應用到AI惠民、AI惠農和AI興業中，造福社會和民眾，助力我國產業數字化轉型�！北R濤表示。 ET0已經在Graphcore GitHub上開源，點擊此處獲取代碼和教程。 關于ET0的技術博客也已發布，點擊閱讀《利用IPU加速氣象要素空間插值算法》。 關于安捷中科CEO黃思源完整講述ET0與Graphcore合作請訪問鏈接。 |
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