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NVIDIA hilft bei der Wettervorhersage in der Schweiz und den USA

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nvidia 2013Neben der Vorstellung der Tesla M40 und Tesla M4 sowie der dazugehörigen Software-Suite nutzt NVIDIA die Supercomputing 2015 auch, um Werbung in eigener Sache zu machen. Dabei wird einmal mehr das Ende von Moore’s Law postuliert, welches eine Verdopplung der zur Verfügung stehenden Transistoren auf gleicher Fläche alle 18 Monate voraussagt, was bislang meist mit einer entsprechenden Steigerung der Rechenleistung einher ging.

NVIDIA zur weiteren Nutzung der GPU-Beschleunigern
NVIDIA zur weiteren Nutzung der GPU-Beschleunigern

Mit einfachen Prozessoren war dies allerdings nicht mehr darzustellen und so wurde nach dem Rennen nach dem höchsten Takt erkannt, dass nur eine Multi-Thread-Lösung dazu beitragen kann, dass die Rechenleistung weiter erhöht wird. Durch die tausenden von Shadereinheiten sind dadurch auch die GPUs in den Fokus gerückt und inzwischen fester Bestandteil großer Rechenzentren, bei denen die Rechenleistung im Fokus steht. 90 % aller Supercomputer der Top-500-Liste setzen inzwischen auf solche Beschleunigerkarten. Intel hat sich mit den Xeon-Phi-Beschleunigern sogar aus der Entwicklung einer Spiele-GPU vollständig in diese Richtung orientiert, während AMD und NVIDIA sich die Rechenleitung moderner Grafikkarten für Spiele zu Nutze machen, um daraus auch Server-Hardware zu entwickeln – hier fährt man sozusagen zweigleisig.

NVIDIA zur weiteren Nutzung der GPU-Beschleunigern
NVIDIA zur weiteren Nutzung der GPU-Beschleunigern

Ein Diagramm zeigt die Entwicklung in den vergangenen Jahren auf. Während die Anzahl der Transistoren in einem Chip nach Moore’s Law weiter exponentiell wächst, flacht die Kurve bei der Single-Thread-Performance, dem Takt und der Leistungsaufnahme ab. Die Anzahl der Kerne hingegen wächst mit der Anzahl zur Verfügung stehender Transistoren und ist damit einziges Stellrad, an dem aktuell gedreht wird. Die höhere Effizienz der Beschleunigerkarten auf GPU-Basis muss nicht mehr weiter erläutert werden und dürfte sich inzwischen herumgesprochen haben. Doch auch bei der Software tut sich nun mehr und mehr und so sind inzwischen 9 von 10 der mistverwendeten Applikationen im HPC-Bereich GPU-beschleunigt. Über alle Applikationen hinweg sind es zwar erst 70 %, aber auch deren Anteil wächst weiter kontinuierlich.

NVIDIA zur weiteren Nutzung der GPU-BeschleunigernNVIDIA zur weiteren Nutzung der GPU-Beschleunigern

NVIDIA zur weiteren Nutzung der GPU-Beschleunigern

In Anbetracht der immer größeren Gefahr durch Naturkatastrophen und auch um beim aktuellen Fortschritt bei der Rechenleistung mithalten zu können, rüsten meteorologische Dienste derzeit ihre Rechenzentren auf. In der Schweiz kündigte man einen solchen Schritt vor etwa einem Monat an. MeteoSwiss will von der höheren Genauigkeit durch ein hochauflösenderes Raster profitieren. Die dazu notwenige Rechenleistung wird von Tesla-Beschleunigern bereitgestellt. Vorhersagen werden zukünftig ab Basis eines 2,2- und eines 1,1-km-Modelle erstellt. 24-stündige Vorhersagen sollen dadurch noch genauer und auch lokale Wetterphänomene wie heftiger Regen, Schnellfall oder Stürme sollen noch besser erkannt werden, damit entsprechende Vorwarnungen herausgegeben werden können.

Einer von vier verwendeten Supercomputern von MeteoSwiss
Einer von vier verwendeten Supercomputern von MeteoSwiss

Nicht nur die kurzfristigen Vorhersagen werden verbessert, auch solche über die kommenden zwei bis drei Tage werden um den Faktor drei genauer und eine relativ zuverlässige längerfristige Vorhersage ist nun über fünf und nicht mehr nur drei Tage möglich.

MeteoSwiss verwendet zur Berechnung einen Cray CS-Storm Cluster Supercomputer, der im kommenden Sommer vollständig aufgebaut sein soll. Er steht am Swiss National Supercomputing Center in Lugano. Die Berechnungen werden hauptsächlich auf Tesla-K80-Karten, also den schnellsten von NVIDIA zur Verfügung gestellten Varianten ausgeführt. Die Berechnungen selbst werden von einem GPU-beschleunigten Modell namens COSMO ausgeführt.

Auch die amerikanische Wetterbehörde NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) setzt in ihrem Rechenzentrum nun Server mit Tesla-Karten, um Vorhersagemodelle genauer ausarbeiten zu können. Denkanstoß war hier unter anderem die Schäden, die der Wirbelsturm Sandy an der Ostküste im Oktober 2012 angerichtet hat. Während die meisten amerikanischen Modelle davon ausgingen, dass der Wirbelsturm über den Atlantik ziehen und nicht auf die Küste treffen wird, sagte die europäischen Modelle genau das voraus, was letztendlich auch eintreten sollte.

NVIDIA zur weiteren Nutzung der GPU-Beschleunigern
NVIDIA zur weiteren Nutzung der GPU-Beschleunigern

Die NOAA will mit dem neuen Supercomputer unter anderem das weltweite Wettermodell auf ein Raster von 3 x 3 x 3 km verkleinern. Damit wäre alleine schon diese Auflösung um den Faktor fünf genauer als vorher. Außerdem werden sicherlich lokale Bereiche rund und über dem US-amerikanischen Festland noch genauer berechnet. Gegenüber dem aktuellen Berechnungsmodell erwartet die NOAA eine um den Faktor 40 komplexere Berechnung, deren Anforderungen nun durch GPU-Beschleuniger gedeckt werden sollen.

Dabei bleibt aber anzumerken, dass eine höhere Genauigkeit durch eine höhere Rechenleistung der eine Punkt ist, die Modelle aber auch darauf angepasst werden müssen. Der Weg von Wirbelsturm Sandy wurde von einigen Wetterbehörden falsch berechnet, Grund dafür muss aber nicht zwingend die fehlende Rechenleistung gewesen sein, sondern vielleicht auch die Anwendung eines falschen Modells auf die vorliegenden Daten. Klar ist aber auch bei der Vorhersage des Wetters der Vorteil durch den Einsatz von GPUs zu erkennen, da die Daten viel genauer sein können und verschiedene Modelle in der gleichen Zeit simuliert werden können, in der dies früher nur für eines der Fall war.

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Kommentare (1)

#1
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Hm, machen die das in Deutschland auch? Würde dann nämlich erklären warum das nie hinhaut... :shot:

Sry, musste jetzt sein. :lol:
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