安捷數(shù)科與Graphcore攜手，使用IPU進(jìn)行氣象預(yù)測、精準(zhǔn)灌溉和防災(zāi)減災(zāi)

2021年11月23日，中國北京——今天，安捷中科全資子公司安捷數(shù)科與Graphcore（擬未）正式宣布達(dá)成戰(zhàn)略合作，雙方將以目前用于氣象、灌溉和災(zāi)害預(yù)防的ET₀科學(xué)計算合作項(xiàng)目為基礎(chǔ)，延伸到為不同行業(yè)與場景共同打造基于IPU的整合解決方案，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、氣象、鄉(xiāng)村振興、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域，解決這些領(lǐng)域在數(shù)字轉(zhuǎn)型和AI轉(zhuǎn)型上面臨的挑戰(zhàn)和痛點(diǎn)，在IPU系統(tǒng)上釋放行業(yè)的數(shù)據(jù)價值。

安捷數(shù)科與Graphcore的初期合作是基于IPU上ET₀模型的科學(xué)計算項(xiàng)目，雙方的技術(shù)團(tuán)隊使用了氣象數(shù)據(jù)來在ET₀模型上預(yù)測天氣，對比安捷之前使用的計算平臺CPU，安捷的技術(shù)團(tuán)隊在IPU上實(shí)現(xiàn)了60.5倍性能提升，這使得大規(guī)模精準(zhǔn)天氣預(yù)測成為可能。在下一階段，除了擴(kuò)大氣象預(yù)測規(guī)模和時間范圍，隨著更豐富的數(shù)據(jù)集的使用，雙方將使用ET0基于蒸發(fā)蒸騰量來進(jìn)行森林大火預(yù)防、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)灌溉、自然災(zāi)害預(yù)測和保險減災(zāi)方面的應(yīng)用。

如欲查看安捷數(shù)科通過IPU加速ET₀模型計算的視頻，請訪問鏈接。

在IPU上實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)的氣象預(yù)測

近期舉行的第26屆氣候變化大會再次為人類拉響了氣候危機(jī)的警鈴，全球頻發(fā)的極端天氣比如森林大火、干旱、洪水、颶風(fēng)、極寒極熱等已經(jīng)成為各個國家首要解決的問題。今年8月，中國氣象局發(fā)布了《中國氣候變化藍(lán)皮書：極端天氣氣候事件風(fēng)險進(jìn)一步加劇》，藍(lán)皮書顯示，隨著高溫、強(qiáng)降水等極端天氣氣候事件的增多增強(qiáng)，我國氣候風(fēng)險水平趨于上升。1961年至2020年，我國極端強(qiáng)降水事件呈增多趨勢，極端高溫事件自20世紀(jì)90年代中期以來明顯增多；1991年至2020年，我國氣候風(fēng)險指數(shù)平均值（6.8）較1961年至1990年平均值（4.3）增加了58%。今年的河南暴雨災(zāi)害便是極端天氣事件的典型。

先進(jìn)的AI技術(shù)和科學(xué)計算正在被探索如何應(yīng)用于應(yīng)對此類極端天氣事件上。安捷數(shù)科在眾多氣象要素中，選擇了基于蒸發(fā)蒸騰量的ET0（Reference evapotranspiration）來進(jìn)行精準(zhǔn)氣象預(yù)測。ET₀通過對溫度、濕度、氣壓以及風(fēng)速在內(nèi)的天氣要素進(jìn)行插值分析和預(yù)測計算，這對氣象數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)值天氣預(yù)報水平的評估以及氣候變化等相關(guān)研究具有重要價值。

安捷中科CEO黃思源

安捷中科CEO黃思源說道：“在ET₀的項(xiàng)目中，我們最大的挑戰(zhàn)是得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是稀疏的，是不準(zhǔn)確的，有些時候中間參數(shù)會有缺失。在這種情況下，我們需要大量的數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)治理的工作，從而需要大量的算力。ET₀計算的主體是Kriging插值算法，我們要通過四千多臺中國氣象站，插值出一平方公里。我們國家近似一千萬平方公里，所以我們要有一千萬個點(diǎn)。從四千個點(diǎn)要插值一千萬個點(diǎn)，要么不準(zhǔn)確，要么計算工作量很大。我們還通過了地形地貌的數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助，獲得更準(zhǔn)確的插值。所以，這個計算工作量就更巨大。最終我們選擇了Graphcore IPU代表的新型算力，來輔助提高我們的計算速度。在IPU上，目前我們做到了單一算法的速度提升，提升了60.5倍?！?/p>

“氣候變化意味著我們過去的知識和規(guī)律不再起作用了，因此我們所有的計算都須面向短時、實(shí)時的計算。對于計算的難度和強(qiáng)度都提出了很高的要求。Graphcore的IPU技術(shù)使得我們有信心應(yīng)對未來更多的氣候變化，實(shí)現(xiàn)更短期的預(yù)測、更短期的響應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)確實(shí)成為了安捷數(shù)科的基礎(chǔ)技術(shù)。這也是為什么我們希望能與Graphcore建立長期的戰(zhàn)略合作，把基于IPU的解決方案應(yīng)用到其他領(lǐng)域，造福社會民眾?！秉S思源表示。

上圖顯示了2015年全年氣象數(shù)據(jù)在IPU上使用ET₀的運(yùn)行結(jié)果。顏色從藍(lán)到紅的變化，代表了ET₀值從低到高的變化，不同區(qū)域的顏色差異直接體現(xiàn)了當(dāng)天各個氣候要素（空氣溫度、濕度、風(fēng)速、大氣壓力）統(tǒng)計值（最高/最低/平均）的差異性。每一個點(diǎn)的ET0歷史/預(yù)測數(shù)值可以用于當(dāng)年極端天氣識別統(tǒng)計以及作物未來一段時間灌溉量的預(yù)測。

使用IPU上的ET₀進(jìn)行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)灌溉

除了氣象，蒸發(fā)蒸騰量也同樣被廣泛應(yīng)用在灌溉領(lǐng)域。想要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，唯一需要攻克的技術(shù)難點(diǎn)就是提供全國覆蓋的蒸發(fā)蒸騰量的實(shí)時和未來的預(yù)測。安捷數(shù)科已與國家氣象信息中心展開合作，通過國家氣象信息中心獲得全國的氣象站的歷史和實(shí)時數(shù)據(jù)，并且通過插值法計算出全國的按平方公里計量的蒸發(fā)蒸騰量。

“這個計算量很大，在Graphcore IPU上60.5倍的性能提升意味著我們能夠做到為所有的7到15天的、一平方公里精度的ET₀計算提供一個實(shí)時的技術(shù)。這種提升實(shí)際上對我們來說是巨大的，使得我們未來能夠?yàn)樗械墓喔?a target="_blank">控制器提供實(shí)時控制。這對中國整個的灌溉耗水都具有深遠(yuǎn)影響?！秉S思源說道。

將IPU驅(qū)動的創(chuàng)新應(yīng)用于自然災(zāi)害預(yù)防

蒸發(fā)蒸騰量的變化可以預(yù)見潛在的自然災(zāi)害，比如若土壤和植被蒸騰量降低，那么森林大火的風(fēng)險就會增高；若某一地區(qū)近期蒸騰量異常，那么就要警惕極端降雨或者干旱。同樣降雨量在某些地區(qū)、某

些土壤環(huán)境下就能引起滑坡坍塌和泥石流，但是在另一些地區(qū)卻不會。通常而言，植物覆蓋較好的地區(qū)的災(zāi)害發(fā)生概率比較小，除了直觀可見的植物根系約束了土壤移動的原因外，安捷數(shù)科的最新計算表明，實(shí)際上植物的蒸發(fā)蒸騰把土壤中的大量水分帶到空氣中，同時也降低了斜坡滑坡風(fēng)險。借助IPU的卓越性能表現(xiàn)，安捷數(shù)科將能夠進(jìn)行更快速和更大量的類似創(chuàng)新研究。

Graphcore大中華區(qū)總裁兼全球首席營收官盧濤

Graphcore大中華區(qū)總裁兼全球首席營收官盧濤表示：“安捷數(shù)科是中國極具創(chuàng)新的將數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用到不同行業(yè)和社會領(lǐng)域中的先導(dǎo)企業(yè)。Graphcore（擬未）與安捷數(shù)科的合作，使得我們能夠更深入地扎根中國、服務(wù)中國，將IPU技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、氣象、自然災(zāi)害預(yù)測和社會服務(wù)等領(lǐng)域，為基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化建設(shè)和產(chǎn)業(yè)AI轉(zhuǎn)型助力?！?/p>

“我們將繼續(xù)積極與包括安捷數(shù)科在內(nèi)的客戶和生態(tài)伙伴通力合作，努力將IPU技術(shù)應(yīng)用到AI惠民、AI惠農(nóng)和AI興業(yè)中，造福社會和民眾，助力我國產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型?！北R濤表示。

ET₀已經(jīng)在Graphcore GitHub上開源，點(diǎn)擊此處獲取代碼和教程。

關(guān)于ET₀的技術(shù)博客也已發(fā)布，點(diǎn)擊閱讀《利用IPU加速氣象要素空間插值算法》。

關(guān)于安捷中科CEO黃思源完整講述ET₀與Graphcore合作請訪問鏈接。