최고의 과학자 세 명이 컴퓨팅 분야 역사상 가장 야심찬 프로젝트 중 하나인 지구의 디지털 트윈 구축을 이끌고 있습니다.
Peter Bauer, Bjorn Stevens 그리고 Francisco ““Paco” Doblas-Reyes는 점점 더 많은 사용자가 기후 변화의 위험과 이에 적응하는 방법을 탐색할 수 있도록 지구의 디지털 트윈이 1킬로미터 단위까지 해상도를 지원해야 한다고 이야기하고 있습니다. 이 작업을 위해서는 가속 컴퓨팅, AI, 그리고 수많은 협업이 필요하다고 말합니다.
이미 엔비디아 기술을 사용하고 있는 이들의 엄청난 노력은 공동의 대의를 위한 엔비디아의 기여인 Earth-2에 영감을 주었습니다.
2021년 말 Earth-2 이니셔티브를 발표할 당시 엔비디아의 창립자 겸 CEO인 젠슨 황은 “엔비디아의 규모와 계산 과학 분야의 전문성을 바탕으로 전 세계 기후 과학 커뮤니티에 동참하기 위해 NVIDIA의 상당한 리소스를 투입할 것입니다”라고 밝힌 바 있습니다.
전례 없는 규모의 협업
젠슨 황 CEO의 약속은 지구의 디지털 트윈을 만들기 위한 범유럽 프로젝트인 DestinE(Destination Earth)와 같은 노력에 대한 지지의 신호이기도 헀습니다.
유럽 최고의 일기예보 센터에서 20년 이상 근무한 베테랑으로 현재 2030년까지 지구 규모의 모델을 만드는 것을 목표로 하는 이 프로젝트를 이끌고 있는 Bauer는 “컴퓨터 한 대만으로는 충분하지 않을 수 있기 때문에 국제적인 노력이 함께 필요합니다.”라고 밝혔습니다.
작년에 그는 “전례 없는 규모의 협력이 필요하다”는 주제로 Nature 논문을 공동 저술했습니다.
지난 3월, NVIDIA GTC의 세션을 통해 Bauer는 “민간 플레이어를 포함한 여러 국가의 리소스를 동원하는 연합을 구상했으며, 엔비디아는 매우 흥미로운 연합이 될 수 있을 것입니다”라고 말했습니다.
이러한 리소스를 통해 새로운 수치 및 머신 러닝 모델을 개발하고 이를 대규모 추론 작업에서 실행하여 수십 년에 걸친 예측을 수행하는 막대한 작업이 가능해질 것입니다.
DestinE는 2008년 기후 회의에 뿌리를 두고 있습니다. Bauer가 영국 레딩에 위치한 유럽 중기 예보 센터에서 수년 간 주도한 여러 프로그램을 포함하여 세계에서 가장 진보된 일기 예보 모델을 개발하는 여러 프로그램의 결실입니다.
하루에 1페타바이트 활용
컴퓨팅 요구 사항이 방대하기 때문에 협업이 광범위하게 이루어집니다.
“저희는 하루에 페타바이트의 데이터를 생성하고 이를 매우 빠르게 전달해야 합니다.”라고 바르셀로나 슈퍼 컴퓨팅 센터의 지구과학 부서 책임자이자 기후 변화에 관한 가장 확실한 보고서를 작성하는 정부 간 기후변화 협의체(IPCC)의 수석 저자이자 DestinE 프로그램에 기여한 Doblas-Reyes는 말했습니다.
그는 3월에 열린 엔비디아의 개발자 컨퍼런스인 GTC에서 디지털 트윈을 통해 날씨 및 기후 예측에 대한 기존의 접근 방식을 사용자가 프로세스의 주체가 될 수 있도록 뒤집어 놓을 것이라고 밝혔습니다. 그는 사용자가 기후 적응에 더 유용한 기후 정보를 생산할 수 있도록 하는 것이 목표라고 말했는데요,
그의 세션에서는 기후 시스템의 혼란스러운 특성을 자세히 포착하는 데 필요한 새로운 모델, 워크플로우, 그리고 시스템에 대해 설명했습니다.
비전 구체화
디지털 트윈에 대한 비전은 함부르크에 위치한 Max Planck 기상연구소의 Stevens 소장이 SC20 슈퍼컴퓨팅 컨퍼런스에서 발표한 기조연설에서 구체화되었습니다. 스티븐스는 기후 애플리케이션을 위한 세계 최고의 기상 모델 중 하나에 대한 연구를 이끌고 있으며, 현재 최고의 작업보다 훨씬 더 미세한 킬로미터 수준의 해상도로 시뮬레이션을 가능하게 하려는 노력을 기울이고 있습니다.
그는 “우리의 행동과 정책의 결과를 파악하여 보다 지속 가능한 미래를 구축할 수 있도록 지구 정보 시스템을 위한 새로운 유형의 컴퓨팅 능력이 필요합니다.”라고 말하고 있습니다.
Stevens는 정확하고 대화형인 디지털 트윈에 대해 설명했습니다. 예를 들어, 그는 사람들이 온난화 기후가 북유럽의 홍수나 아프리카의 식량 안보에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 알아보기 위해 디지털 트윈에 문의하는 모습을 상상해 보았습니다.
대화형 시뮬레이션을 가능하게 하는 AI
Stevens는 작년 GTC 강연에서 AI가 사용자에게 이러한 수준의 인터랙션을 제공하는 데 주도적인 역할을 할 것이라고 말했습니다.
그는 ‘저희가 원하는 곳에 도달하기 위해서는 AI가 필요합니다.”라고 말하며 Bauer와 Doblas-Reyes를 비롯한 동료들과 엔비디아에 감사의 인사를 전했습니다. 진정한 진전은 사람들이 서로 다른 관점을 하나로 모으고 일하는 방식을 재고할 때 이루어집니다.
Doblas-Reye 역시 지난 3월에 있었던 GTC 발표에서 이에 동의했습니다.
“제 생각에는 AI는 디지털 트윈을 보완하는 필수 요소이며, 사용자에게 진정한 상호 작용을 제공하고 앞으로 다가올 미래에 대한 좋은 궤적을 제공하는 유일한 방법입니다.”라고 밝혔습니다.
함께 떠나는 여정
세 과학자 모두 기후 변화를 다루는 다양한 프로젝트에서 엔비디아 기술이 어떻게 활용되었는지에 대한 예를 들었습니다.
Stevens는 GTC 세션에서 특유의 유머러스함을 선보였습니다. 그는 아이작 뉴턴처럼 떨어지는 사과를 맞고 있는 젠슨 황 CEO의 만화 이미지를 보여주며 과학적 노력에 동참하는 방법에 대한 인사이트를 제시했습니다.
Stevens는 “저희는 젠슨이 필요하고, 젠슨도 저희가 필요합니다.”라고 말했습니다.
바르셀로나 센터에 도입되는 MareNostrum 5 시스템이 그 한 예입니다. 이 시스템은 엔비디아 H100 Tensor 코어 GPU에서 일부 DestinE 작업을 가속화할 것으로 예상됩니다.
엔비디아에서 기후 연구를 총괄하는 베테랑 기후 과학자인 Mike Pritchard는 지구의 디지털 트윈을 구축하는 것은 “AI를 기반으로 HPC의 미래를 다시 생각해 볼 수 있는 흥미로운 기회”라고 말했습니다.
그는 3D 툴을 연결하고 메타버스 애플리케이션을 개발하는 엔비디아 옴니버스(NVIDIA Omniverse)와 물리학 기반 머신 러닝을 위한 엔비디아 모듈러스(NVIDIA Modulus), 그리고 AI 추론을 위한 엔비디아 트리톤(NVIDIA Triton)이 모두 이 광범위한 노력에서 중요한 역할을 담당하고 있다고 말했습니다.
Bauer는 GTC 세션에서 오랫동안 진화하고 있는 협업이라고 말했습니다. “저는 14년 전에 이러한 문제에 대해 엔비디아에 첫 이메일을 보냈고, 그 이후로 엔비디아는 이 여정을 함께 해왔습니다.”
보다 자세한 내용은 7월 3일부터 7일까지 열리는 베를린 지구 가상화 엔진 서밋에서 젠슨 황 CEO가 키노트를 할 예정인 컨셉 페이퍼에서 확인할 수 있습니다.