막스플랑크 기상연구소, 1km 해상도 지구 디지털 트윈 구축

(퍼플렉시티가 정리한 기사)

막스 플랑크 기상연구소의 연구자들은 기후 과학자들이 그들의 분야에서 "성배"라고 부르는 것을 달성했습니다: 기상 예보와 기후 모델링을 완벽하게 결합한 1.25킬로미터 해상도의 지구 디지털 트윈입니다.​

11월 3일 arXiv에 제출된 논문에 자세히 설명된 이 획기적인 성과는 거의 킬로미터 규모에서 전체 지구 시스템의 최초 전지구 시뮬레이션을 나타내며, 대기, 해양, 육지를 통한 에너지, 물, 탄소의 흐름을 포착합니다. Daniel Klocke가 이끄는 팀은 6억 7천 2백만 개의 셀을 모델링했습니다—지구의 육지와 해양 표면을 덮는 3억 3천 6백만 개의 셀과 그 위에 쌓인 동일한 수의 대기 셀입니다.​

전례 없는 컴퓨팅 파워

이 시뮬레이션은 유럽에서 가장 강력한 두 슈퍼컴퓨터에 걸쳐 방대한 컴퓨팅 리소스를 필요로 했습니다: 스위스의 Alps 시스템에서 8,192개의 GPU와 독일의 JUPITER에서 20,480개의 GPU를 사용했습니다. 두 시스템 모두 Nvidia의 새로운 GH200 Grace Hopper 슈퍼칩을 활용하며, 이는 GPU와 CPU 기능을 결합하여 모델의 다양한 측면을 처리합니다.​

연구팀은 하루당 145.7일의 시뮬레이션을 수행하는 시간 압축을 달성했으며, 거의 1조 개의 자유도(모델이 계산해야 하는 값의 총 개수)를 사용했습니다. 이러한 성능은 유사한 해상도의 이전 대기 전용 시뮬레이션을 능가하며, 지구 시스템 상호작용에 대한 장기 연구를 가능하게 합니다.​

해상도 장벽 돌파하기

진정한 혁신은 이 해상도에서 "빠른" 지구 시스템 프로세스와 "느린" 지구 시스템 프로세스를 결합하는 데 있습니다. 빠른 시스템에는 날씨를 지배하는 에너지 및 물 순환이 포함되며, 폭풍이 개별 격자 셀을 가로질러 이동함에 따라 몇 분마다 업데이트됩니다. 느린 프로세스에는 탄소 순환, 생물권 변화, 그리고 수년 또는 수십 년에 걸쳐 진화하는 해양 지구화학이 포함됩니다.​

Universe Today에 따르면, 이러한 복잡한 시스템을 통합하는 일반적인 모델은 40킬로미터를 초과하는 해상도에서만 계산적으로 처리 가능했습니다. 돌파구는 수십 년 된 Fortran 코드베이스를 현대화한 Data-Centric Parallel Programming 프레임워크를 사용한 정교한 소프트웨어 엔지니어링을 통해 이루어졌습니다.​

이 연구로 팀은 11월 18일 슈퍼컴퓨팅 컨퍼런스에서 발표될 예정인 권위 있는 Gordon Bell Prize for Climate Modelling 후보로 지명되었습니다.