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常見(jiàn)問(wèn)題
發(fā)布時(shí)間：2024-01-02 09:21:30 人氣：
數(shù)字孿生系統(tǒng)非常依賴于硬件的性能，如何選擇合適的硬件呢？取決于項(xiàng)目本身的規(guī)模體量，還有精細(xì)程度。接下來(lái)呢我會(huì)拿兩個(gè)區(qū)別比較大的數(shù)字孿生領(lǐng)域做一個(gè)對(duì)比。
最近數(shù)字孿生的形式發(fā)生了非常大的一個(gè)變化，可能是因?yàn)樘贾泻偷哪繕?biāo)的緣故啊，整個(gè)世界都把數(shù)字孿生往氣候的方向去推。之前呢是有講過(guò)我國(guó)目標(biāo)到2025年建設(shè)七大江河數(shù)字孿生領(lǐng)域，還有歐盟的目的地地球計(jì)劃在2030年打造完整的地球數(shù)字孿生。
在我看來(lái)，這不僅僅是數(shù)字孿生的整一個(gè)領(lǐng)域方向上發(fā)生巨變，從技術(shù)上也可以說(shuō)是一個(gè)歷史性的節(jié)點(diǎn)。為什么這么說(shuō)呢？歐盟的目的地地球計(jì)劃的數(shù)字孿生技術(shù)負(fù)責(zé)人wedi博士曾表示，他們這個(gè)地球數(shù)字孿生最終將會(huì)產(chǎn)生3520億個(gè)信息點(diǎn)，以及每天以1PB的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)地球約1-4resolution的模擬。
而這樣的體量差不多要一個(gè)具有兩萬(wàn)個(gè)GPU的系統(tǒng)才能全面去運(yùn)行，造成這樣原因是數(shù)字孿生對(duì)計(jì)算機(jī)的資源依賴性極高，而這個(gè)依賴取決于很多因素：
第一是系統(tǒng)本身規(guī)模和復(fù)雜程度。我們做工廠的數(shù)字孿生，它就局限在一個(gè)廠房?jī)?nèi)，里面的設(shè)備是固定的，生產(chǎn)流程呢也是固定的，所以我們復(fù)刻的模型生產(chǎn)線也是固固定。相比之下呢氣候數(shù)字孿升的范圍就大了，所涉及的模型也是動(dòng)態(tài)且復(fù)雜的。它不僅要模擬大氣、冰川、陸地等模型本身，還需要模擬它的物理和化學(xué)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程實(shí)際上是熱量水分動(dòng)量和化學(xué)物質(zhì)的模型和時(shí)間上的變化。
此外，工廠內(nèi)的設(shè)備各自獨(dú)立，做的數(shù)字化大多是在數(shù)據(jù)上的關(guān)聯(lián)和共享，而大氣、海洋、波浪等是緊密耦合的，它之間的模型關(guān)系更加復(fù)雜。
除了模型還有數(shù)據(jù)，我們監(jiān)測(cè)工廠的設(shè)備收集的每一個(gè)傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，它是固定且有跡可循的。但是氣候由于模型或結(jié)構(gòu)的不確定性以及物理過(guò)程的隨機(jī)性，導(dǎo)致它需要匯總數(shù)十年的歷史數(shù)據(jù)才能精確模擬真實(shí)的物理場(chǎng)景，而且這些數(shù)據(jù)大多是來(lái)于衛(wèi)星氣象站、海洋浮標(biāo)等體量都非常的龐大。報(bào)告顯示啊，包括天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)在內(nèi)的地球系統(tǒng)建模事業(yè)每年將產(chǎn)生數(shù)10個(gè)PB的數(shù)據(jù)，而且這個(gè)數(shù)據(jù)還在呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
第二呢是resolution的問(wèn)題，這里翻譯過(guò)來(lái)呢就是指分辨率。對(duì)于氣候數(shù)字孿生來(lái)說(shuō)，地球系統(tǒng)存在空間和時(shí)間上跨尺度的相互作用，從分子尺度的微米，再到行星尺度的數(shù)千公里，這是一個(gè)工廠一座城市無(wú)法比擬的，一點(diǎn)點(diǎn)微小的變化都可能是即將到來(lái)的氣候?yàn)?zāi)難，所以分辨率成了數(shù)字孿生系統(tǒng)能否準(zhǔn)確模擬預(yù)測(cè)的關(guān)鍵。
研究表明啊，要準(zhǔn)確能夠跟蹤云和風(fēng)暴至少需要米級(jí)別的分辨率，這比目前已經(jīng)達(dá)到的一公里分辨率要多出一千億倍的計(jì)算資源。而就目前已經(jīng)指數(shù)增長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)資源狀態(tài)下呢，到2060年仍然無(wú)法達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。
第三呢是AI的入場(chǎng)。英偉達(dá)在去年呢發(fā)布了一個(gè)AI數(shù)字孿生叫focusnet，是全球數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的高分辨率天氣模型，它可以在不到兩秒的時(shí)間內(nèi)提前整整一周去預(yù)測(cè)災(zāi)難性的大氣河流的準(zhǔn)確路徑，比傳統(tǒng)的天氣預(yù)報(bào)模型快了4.5萬(wàn)倍。英偉達(dá)還表示，以這樣驚人的速度，它甚至可以生成數(shù)千個(gè)模擬來(lái)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的結(jié)果，可以說(shuō)氣候數(shù)字孿生比一般的工廠更加依賴于人工智能的攝入。
對(duì)氣候數(shù)字孿生從一開(kāi)始建立的目標(biāo)就是數(shù)據(jù)的雙向流動(dòng)，是為了預(yù)測(cè)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就目前市面上大部分的數(shù)字孿生項(xiàng)目都停留在單向看的層面，而未來(lái)的數(shù)字孿生必然是雙向算的這個(gè)層面，這一點(diǎn)只能由AI來(lái)做。
當(dāng)然，想把AI訓(xùn)練到精確計(jì)算反饋的程度呢，同樣需要巨大的計(jì)算資源，這就好比你用十張圖來(lái)訓(xùn)練AI和用十萬(wàn)張圖來(lái)訓(xùn)練是完全不同的結(jié)果，而更多的圖片顯然需要更大的算力來(lái)支撐，英偉達(dá)的AI就是在10TB的地球系統(tǒng)數(shù)據(jù)上面進(jìn)行訓(xùn)練的。
其實(shí)數(shù)字孿生的發(fā)展最終必然會(huì)走向越來(lái)越大的量級(jí)，這個(gè)量級(jí)是對(duì)于龐大數(shù)據(jù)量的需求，對(duì)模型精細(xì)度的需求，對(duì)AI精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的需求，而這一切都能達(dá)到最大量級(jí)時(shí)，那么這個(gè)數(shù)字孿生系統(tǒng)的實(shí)用性必然是最高的。
有的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)智慧工廠智慧城市它的計(jì)算資源可能沒(méi)有達(dá)到那么高，可能是因?yàn)樗_(kāi)發(fā)的深度并不夠。當(dāng)然，這也可能是跟成本有很大的關(guān)系，巨大的計(jì)算資源勢(shì)必會(huì)帶來(lái)高昂的計(jì)算成本。
歐盟的目的地地球計(jì)劃簽訂的三臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)中單就是魯米超級(jí)計(jì)算機(jī)就花費(fèi)了超1.4億歐元，合約十多億的人民幣，它占地有一百五十方，相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)大小，總共擁有117個(gè)PB的存儲(chǔ)空間和每秒2TB的最大帶寬，所有的系統(tǒng)加在一起，重量接近150噸。
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