Добавить новость
ru24.net
The Conversation (UK)
Май
2024
1 2 3
4
5
6
7 8 9 10
11
12 13 14 15 16 17
18
19 20 21 22 23 24 25 26
27
28 29 30 31

Climate models can run for months on supercomputers – but my new algorithm can make them ten times faster

0

Climate models are some of the most complex pieces of software ever written, able to simulate a vast number of different parts of the overall system, such as the atmosphere or ocean. Many have been developed by hundreds of scientists over decades and are constantly being added to and refined. They can run to over a million lines of computer code – tens of thousands of printed pages.

Not surprisingly, these models are expensive. The simulations take time, frequently several months, and the supercomputers on which the models are run consume a lot of energy. But a new algorithm I have developed promises to make many of these climate model simulations ten times faster, and could ultimately be an important tool in the fight against climate change.

One reason climate modelling takes so long is that some of the processes being simulated are intrinsically slow. The ocean is a good example. It takes a few thousand years for water to circulate from the surface to the deep ocean and back (by contrast, the atmosphere has a “mixing time” of weeks).

Ever since the first climate models were developed in the 1970s, scientists realised this was going to be a problem. To use a model to simulate climate change, it has to be started from conditions representative of before industrialisation led to the release of greenhouse gases into the atmosphere.

To produce such a stable equilibrium, scientists “spin-up” their model by essentially letting it run until it stops changing (the system is so complex that, as in the real world, some fluctuations will always be present).

An initial condition with minimal “drift” is essential to accurately simulate the effects of human-made factors on the climate. But thanks to the ocean and other sluggish components this can take several months even on large supercomputers. No wonder climate scientists have called this bottleneck one of the “grand challenges” of their field.

Can’t just throw more computers at the problem

You might ask, “why not use an even bigger machine?” Unfortunately, it wouldn’t help. Simplistically, supercomputers are just thousands of individual computer chips, each with dozens of processing units (CPUs or “cores”) connected to each other via a high-speed network.

One of the machines I use has over 300,000 cores and can perform almost 20 quadrillion arithmetic operations per second. (Obviously, it is shared by hundreds of users and any single simulation will only use a tiny fraction of the machine.)

It takes an extraordinary amount of computing power to simulate long-term change in the ocean. andrejs polivanovs / shutterstock

A climate model exploits this by subdividing the surface of the planet into smaller regions – subdomains – with calculations for each region being performed simultaneously on a different CPU. In principle, the more subdomains you have the less time it should take to perform the calculations.

That is true up to a point. The problem is that the different subdomains need to “know” what is happening in adjoining ones, which requires transmitting information between chips. That is much slower than the speed with which modern chips can perform arithmetic calculations, what computer scientists call “bandwidth limitation”. (Anyone who has tried to stream a video over a slow internet connection will know what that means.) There are therefore diminishing returns from throwing more computing power at the problem. Ocean models especially suffer from such poor “scaling”.

Ten times faster

This is where the new computer algorithm that I’ve developed and published in Science Advances comes in. It promises to dramatically reduce the spin-up time of the ocean and other components of earth system models. In tests on typical climate models, the algorithm was on average about ten times faster than current approaches, decreasing the time from many months to a week.

The time and energy this could save climate scientists is valuable in itself. But being able to spin-up models quickly also means that scientists can calibrate them against what we know actually happened in the real world, improving their accuracy, or to better define the uncertainty in their climate projections. Spin-ups are so time consuming that neither are currently feasible.

The new algorithm will also allow us to perform simulations in more spatial detail. Currently, ocean models typically don’t tell us anything about features smaller than 1º width in longitude and latitude (about 110km at the equator). But many critical phenomena in the ocean occur at far smaller scales – tens of meters to a few kilometres – and higher spatial resolution will certainly lead to more accurate climate projections, for instance of sea level rise, storm surges and hurricane intensity.

How it works

Like so much “new” research it is based on an old idea, in this case one that goes back centuries to the Swiss mathematician Leonhard Euler. Called “sequence acceleration”, you can think of it as using past information to extrapolate to a “better” future.

Among other applications, it is widely used by chemists and material scientists to calculate the structure of atoms and molecules, a problem that happens to take up more than half the world’s supercomputing resources.

Sequence acceleration is useful when a problem is iterative in nature, exactly what climate model spin-up is: you feed the output from the model back as an input to the model. Rinse and repeat until the output becomes equal to the input and you’ve found your equilibrium solution.

In the 1960s Harvard mathematician D.G. Anderson came up with a clever way to combine multiple previous outputs into a single input so that you get to the final solution with far fewer repeats of the procedure. About ten times fewer as I found when I applied his scheme to the spin-up problem.

Developing a new algorithm is the easy part. Getting others to use it is often the bigger challenge. It is therefore promising that the UK Met Office and other climate modelling centres are trying it out.

The next major IPCC report is due in 2029. That seems like a long way off but given the time it takes to develop models and perform simulations, preparations are already underway. Coordinated by an international collaboration known as the Coupled Model Intercomparison Project, it is these simulations that will form the basis for the report. It is exciting to think that my algorithm and software might contribute.


Read more: Noise in the brain enables us to make extraordinary leaps of imagination. It could transform the power of computers too


Samar Khatiwala receives funding from UKRI.




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



Можно ли перевестись из одной автошколы в другую в процессе обучения?

Можно ли перевестись из одной автошколы в другую в процессе обучения?

В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»

Обзор известных приложений, созданных на iOS


В Москве пройдёт гастрономический фестиваль «Русская кухня»

Питание и здоровье: чего нам не хватает?

НОВЫЕ «ОПАСНЫЕ СВЯЗИ» С НОВЫМ ВЕДУЩИМ НА «ЧЕ!»

Съел бутерброд или мороженое на улице и добро пожаловать в кутузку за штрафом в 52 000 рублей: туристов предупредили о малоизвестном правиле в популярном городе


Elle King shares major life update after opening up about 'toxic' relationship with dad Rob Schneider

Inexperienced Secret service agent called tech support hotline for help piloting drone ahead of Trump rally shooting: bombshell report

Marin schools proactive on state cellphone restrictions

Raging Richarlison slams ‘f***ing s***’ card as Tottenham star’s EA FC 25 rating is revealed


Более 30 автодорог отремонтировали в подмосковном Красногорске

На Неву вернулся один из первых речных трамвайчиков Петербурга

В «Деловых Линиях» рассказали о росте спроса на интеграционные решения более чем в 3 раза

В Подмосковье росгвардейцы задержали гражданина, находящегося в розыске.


Мафия-НН: Густой аромат армянского кофе наполнил воздух старательно украшенной гостиной.

Мультиплеерный данжен-кроулер Greedy Wizards: Speed Dungeon вышел в новой стране на iOS и Android

Ранняя версия Mini Empire: Hero Never Cry с русским языком доступна в Google Play

Elgato Game Capture Neo review



В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»

В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»

Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»

Можно ли перевестись из одной автошколы в другую в процессе обучения?




Столичный суд продлил арест экс-замглавы ГУ МЧС по Краснодарскому краю Симоненко

Пентагон не считает эскалацией удар Израиля по Бейруту и проводит оценку

В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»

Фотограф из Санкт-Петербурга победила во Всероссийском конкурсе «Мы верим твердо в героев спорта»


Вернувшийся на Первый канал Познер, Кожевникова в оверсайз, Зацепин с семьей: показ фильма «Агент на уикенд»

Известный иностранный бренд решил вернуться в Россию

Столичный суд продлил арест экс-замглавы ГУ МЧС по Краснодарскому краю Симоненко

Россиян предупредили об опасностях при оформлении нескольких льготных ипотек


«Теннисистки заслуживают зарабатывать на равных с мужчинами». Веснина выступила за соразмерные призовые

Пекин (ATP). 2-й круг. Котов сыграет с Коболли, Сафиуллин – с Синнером, Медведев – с Маннарино

Янник Синнер не приедет на турнир ATP-500 в Вену

Эйсинг-777 // Марин Чилич стал самым низкорейтинговым чемпионом турнира АТР


Вернувшийся на Первый канал Познер, Кожевникова в оверсайз, Зацепин с семьей: показ фильма «Агент на уикенд»

Столичный суд продлил арест экс-замглавы ГУ МЧС по Краснодарскому краю Симоненко

Россиян предупредили об опасностях при оформлении нескольких льготных ипотек

Удал, но мал: трудоустройство после «Профессионалитета» оказалось проблемой


Музыкальные новости

Квартиры, бизнес, машины. Шнуров с женой могут делить имущество на миллиард

Валерий Гергиев откроет во Владикавказе новый Культурный центр

Гергиев откроет новый концертный зал во Владикавказе

Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»



Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»

В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»

Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»

В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»


В Подмосковье сотрудники Росгвардии задержали подозреваемого в убийстве

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Социальный фонд выплатит остатки материнского капитала менее 10 тысяч рублей

Требования к аварийным душам для правильной установки и использования

Певец Алексей Глызин призвал молиться о здоровье госпитализированного Добрынина


Можно ли перевестись из одной автошколы в другую в процессе обучения?

Можно ли перевестись из одной автошколы в другую в процессе обучения?

Скрипят тормоза: основные причины

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Гражданам Москвы и Московской области, получившим тяжелые производственные травмы, выданы автомобили марки «Лада Гранта»


Рябков назвал «развернутой» реакцию Запада на заявления по ядерной доктрине РФ

Политический директор премьера Венгрии: наша страна сдалась бы в случае

Рябков: Россия фиксирует реакцию Запада на изменения своей ядерной политики

Акции Газпрома на Московской бирже поднялись на 1,76% после поручения Путина


Рентгенолог Чекалина усомнилась в целесообразности частых КТ при COVID-19




Педагогов обучат навыкам первой медицинской помощи

Косметолог Мадина Байрамукова: какие народные рецепты красоты могут быть опасны

Председатель СК России поручил возбудить дело после нападения мигранта на врачей в Москве

Осень или организм: врач объяснил, кто виноват в усиленном выпадении волос


Зеленский отреагировал на выделение нового пакета военной помощи от США

Человек-скандал: Все яйца Зеленского — в корзине Камалы Харрис

Иницитатива Киева: Белый дом снял ответственность за визит Зеленского на военный завод

Байден анонсировал поставку Киеву дальнобойных ракет


ГУАП на открытии XXIX Международного Биос-форума

Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»

Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»

Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»


Как только НАТО нападет на Беларусь, будет применено ядерное оружие – Лукашенко

«Россия за нас втягивается…» Лукашенко грозит НАТО ядерным оружием

Лукашенко назвал условие, при котором Минск применит ядерное оружие

Лукашенко дал ответ на вопрос, в каком случае Минск применит ядерное оружие



Сергей Собянин заявил о продлении наземного метро Москвы в Тульскую область

Собянин пообещал продлить скоростные диаметры Москвы в Ярославскую область

«В ближайшие регионы»: Собянин анонсировал продление МЦД до четырёх областей

Собянин: МЦД продлят до Калужской, Смоленской, Тульской и Ярославской областей


Москва подготовила аналитическое исследование «Климатическая повестка городов России»

Собянин посоветовал москвичам пересаживаться на электромобили

Под Симферополем продолжается строительство нового крупного микрорайона

Столица представила аналитический доклад по климатической повестке городов России


Столичный суд продлил арест экс-замглавы ГУ МЧС по Краснодарскому краю Симоненко

Адвокат Блиновской заявила, что блогер обжаловала свой арест

Вернувшийся на Первый канал Познер, Кожевникова в оверсайз, Зацепин с семьей: показ фильма «Агент на уикенд»

Американцы впервые увидели снегоуборочную машину из России и были поражены


В пропавшем в Архангельской области вертолете находился депутат Сметанин

Написал сообщение родным и исчез: Депутат и бизнесмен внезапно пропали на вертолёте Robinson под Архангельском

ТСД SAOTRON RT41 GUN: практичный, производительный, надёжный

Прокуратура проверяет информацию о пропаже вертолета в Архангельской области


Прогноз погоды в Крыму на 26 сентября

МВД: полиция в Симферополе задержала пенсионерку по подозрению в убийстве детей

Творческая композиция «Диво дивное руки творят».

В районе Симферополя появится необычный жилой квартал


Глава Балашихи Юров: огнеборцы потушили все три лесных пожара 27 сентября

Свыше 1600 ям на дорогах отремонтировали в Чехове с начала года

Россиян предупредили об опасностях при оформлении нескольких льготных ипотек

Удал, но мал: трудоустройство после «Профессионалитета» оказалось проблемой












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
ATP

Пекин (ATP). 2-й круг. Котов сыграет с Коболли, Сафиуллин – с Синнером, Медведев – с Маннарино






Адвокат Блиновской заявила, что блогер обжаловала свой арест

Петербург берет рекордную высоту

Вернувшийся на Первый канал Познер, Кожевникова в оверсайз, Зацепин с семьей: показ фильма «Агент на уикенд»

Глава Балашихи Юров: огнеборцы потушили все три лесных пожара 27 сентября