Prestižna znanstvena revija Nature je objavila članek o modelu Pangu-Weather AI, ki so ga pripravili raziskovalci podjetja HUAWEI CLOUD

[Shenzhen, Kitajska, 6. julij 2023] HUAWEI CLOUD sporoča, da je ena izmed najuglednejših znanstvenih revij na svetu, revija Nature, objavila članek o njihovem prebojnem modelu Pangu-Weather AI.

Nature Inedx objavo članka navaja kot prvi primer avtorstva članka zaposlenih v Kitajskem tehnološkem podjetju v reviji Nature. Članek, ki opisuje razvoj natančnega in zanesljivega globalnega sistema napovedovanja vremena z uporabo globokega učenja in 43 let podatkov, je bil v ugledni reviji objavljen 5. julija 2023.

Pangu-Weather je prvi model UI napovedovanja, ki ponuja višjo natančnost kot tradicionalne numerične metode napovedovanja vremena. Model omogoča 10.000-kratno izboljšanje hitrosti napovedovanja, kar čas napovedovanja globalnega vremena zmanjšuje na le nekaj sekund. Članek z naslovom "Accurate medium-range global weather forecasting with 3D neural networks" zagotavlja neodvisno preverjanje teh sposobnosti.

Pangu-Weather izziva predpostavke, da je napovedovanje vremena s pomočjo UI manj natančno kot pri tradicionalnih numeričnih napovedih. Model, ki ga je razvila ekipa HUAWEI CLOUD, predstavlja prvi model UI napovedovanja z večjo natančnostjo kot tradicionalne numerične metode napovedovanja.

Pospešen razvoj računalniške moči v zadnjih 30 letih je drastično pripomogel k izboljšanju natančnosti numeričnega napovedovanja, ki omogoča opozarjanje na naravne nesreče in napovedi podnebnih sprememb. Kljub temu je ta metoda še vedno relativno časovno potratna. Raziskovalci so z namenom iskanja načinov izboljšanja hitrosti napovedovanja začeli z raziskovanjem uporabe metod globokega učenja, kljub temu pa je natančnost UI temeljnega napovedovanja za srednjeročne in dolgoročne napovedi še vedno ostajala manj natančna od numeričnih napovedi. UI večinoma še vedno ni bil sposoben napovedati skrajnih in nenavadnih vremenskih pojavov, kot so tajfuni.

Vsako leto se namreč po svetu pojavi približno 80 tajfunov. Leta 2022 je samo na Kitajskem neposredna gospodarska škoda na račun tajfunov znašala 5,42 milijarde juanov, kar je razvidno iz podatkov kitajskega ministrstva za izredne razmere. Zgodnje opozorilo tako omogoča lažje in boljše priprave.

UI modeli napovedovanja vremena so bili zaradi svoje hitrosti privlačni, kljub pa so bili iz dveh razlogov pomanjkljivo natančni - obstoječi modeli UI napovedovanja meteoroloških razmer temeljijo na 2D nevronskih mrežah, ki ne morejo kakovostno obdelati neenakomernih 3D meteoroloških podatkov. Prav tako pa srednjeročne napovedi vremena lahko trpijo zaradi kumulativnih napak pri ponavljajočem klicanju modela.

Kako Pangu-Weather rešuje te izzive

V znanstvenih preizkusih je model Pangu-Weather pokazal večjo natančnost v primerjavi s tradicionalnimi numeričnimi metodami napovedovanja za napovedi od 1 ure do 7 dni. Pri tem se je hitrost napovedovanja izboljšala za kar 10.000-krat. Model lahko natančno v nekaj sekundah napove fine meteorološke značilnosti kot so vlažnost, hitrost vetra, temperatura in tlak na morski gladini.

Model uporablja arhitekturo 3D Earth-Specific Transformer (3DEST), ki obdeluje kompleksne neenakomerne 3D meteorološke podatke. Z uporabo hierarhične, časovne agregacijske strategije je bil model usposobljen za različne časovne intervale napovedi, in sicer za intervale 1 ure, 3 ur, 6 ur in 24 ur. To je pripeljalo do zmanjšanja količine iteracij za napovedovanje meteorološkega stanja v določenem času in zmanjšanja napak pri napovedih.

Za usposabljanje modela za specifične časovne intervale so raziskovalci uporabili 100 epoh (ciklov) z uporabo urnih vzorcev podatkov o vremenu od leta 1979 do 2021. Vsak od rezultirajočih podmodelov je zahteval 16 dni usposabljanja na 192 grafičnih karticah V100. Model Pangu-Weather lahko zdaj na grafični kartici V100 v samo 1,4 sekunde izvede 24-urne globalne napovedi vremena, kar je 10.000-kratno izboljšanje v primerjavi s tradicionalnimi numeričnimi napovedmi.

Dr. Tian Qi, glavni znanstvenik pri HUAWEI CLOUD UI Field, IEEE Fellow in akademik Mednarodne evrazijske akademije znanosti, je pojasnil, zakaj se je ekipa HUAWEI CLOUD UI osredotočila na napovedovanje vremena: "Napovedovanje vremena je eden najpomembnejših scenarijev na področju znanstvenega računalništva, saj je meteorološka napoved zelo kompleksen sistem, ki težko zajema vse vidike matematičnega znanja in znanja fizike. Veseli nas, da je naše raziskovanje prepoznano v reviji Nature. Modeli UI lahko iz obsežnih podatkov izluščijo statistične zakone evolucije ozračja. Pangu-Weather trenutno zaključuje predvsem delo napovednega sistema, njegova glavna sposobnost pa je napovedovanje evolucije ozračnih stanj. Naš končni cilj je zgraditi napreden okvir za napovedovanje vremena naslednje generacije z uporabo UI tehnologij, da okrepimo obstoječe napovedne sisteme."

Akademski recenzenti revije Nature so v komentarju o pomembnosti in kakovosti raziskave HUAWEI CLOUD poudarili, da je Pangu-Weather zelo enostaven za prenos in izvajanje ter se izvršuje hitro, celo na osebnem računalniku. "To pomeni, da lahko danes vsak v meteorološki skupnosti izvede teste in preizkusi te modele. To je odlična priložnost, da skupnost preizkusi, kako dober je model v napovedovanju specifičnih pojavov. To bo prispevalo k napredku področja." Drugi recenzent je opozoril: "Rezultati so sami po sebi pomemben korak naprej v primerjavi s prejšnjimi rezultati. Ta raziskava bo po mojem mnenju spodbudila ljudi k ponovnemu ocenjevanju, kako bi lahko napovedni modeli izgledali v prihodnosti."

Maja 2023 je tajfun Mawar pritegnil pozornost javnosti kot najmočnejši tropski ciklon tega leta. Po podatkih Kitajske meteorološke uprave je Pangu-Weather pet dni pred spremembo smeri v vzhodnih vodah otokov Tajvana natančno napovedal trajektorijo tajfuna Mawar.

Pangu odstopanje je manjše pri napovedovanju smeri poti tajfuna Mawa.

Poleg tega je za stalno napredovanje vodilnih modelov UI napovedovanja vremena nujno zagotoviti stabilno oblakovno okolje, delovne sklope in ustrezno upravljanje in vzdrževanje (O&M).

Celoten članek je na voljo na povezavi.

- konec -

O podjetju Huawei

Huawei, ki je bil ustanovljen leta 1987, je vodilni svetovni ponudnik informacijske in komunikacijske tehnološke (ICT) infrastrukture ter pametnih naprav. Imamo približno 197 tisoč zaposlenih in delujemo v več kot 170 državah in regijah ter služimo več kot trem milijardam ljudi po vsem svetu.

Naša vizija in poslanstvo je vsem ljudem, tako doma kot v organizacijah, omogočiti digitalno izkušnjo, da bi ustvarili popolnoma povezan in pameten svet. V ta namen bomo spodbujali vseprisotno povezljivost in spodbujali enak dostop do omrežij, omogočili storitve v oblaku in umetno inteligenco po vsem svetu, da zagotovimo vrhunsko računalniško moč, kjer je potrebno, zgradili digitalne platforme za pomoč vsem panogam in organizacijam, da postanejo bolj gibčne, učinkovitejše in dinamične, na novo opredelili uporabniško izkušnjo z umetno inteligenco in jo prilagodili ljudem v vseh pogledih, ne glede na to, ali so doma, v pisarni ali na poti.