Мы в Telegram
Добавить новость
News in English

Новости сегодня на DirectAdvert

Новости сегодня от Adwile

Climate models can run for months on supercomputers – but my new algorithm can make them ten times faster

These are some of the most complex and important pieces of software ever written.

Climate models are some of the most complex pieces of software ever written, able to simulate a vast number of different parts of the overall system, such as the atmosphere or ocean. Many have been developed by hundreds of scientists over decades and are constantly being added to and refined. They can run to over a million lines of computer code – tens of thousands of printed pages.

Not surprisingly, these models are expensive. The simulations take time, frequently several months, and the supercomputers on which the models are run consume a lot of energy. But a new algorithm I have developed promises to make many of these climate model simulations ten times faster, and could ultimately be an important tool in the fight against climate change.

One reason climate modelling takes so long is that some of the processes being simulated are intrinsically slow. The ocean is a good example. It takes a few thousand years for water to circulate from the surface to the deep ocean and back (by contrast, the atmosphere has a “mixing time” of weeks).

Ever since the first climate models were developed in the 1970s, scientists realised this was going to be a problem. To use a model to simulate climate change, it has to be started from conditions representative of before industrialisation led to the release of greenhouse gases into the atmosphere.

To produce such a stable equilibrium, scientists “spin-up” their model by essentially letting it run until it stops changing (the system is so complex that, as in the real world, some fluctuations will always be present).

An initial condition with minimal “drift” is essential to accurately simulate the effects of human-made factors on the climate. But thanks to the ocean and other sluggish components this can take several months even on large supercomputers. No wonder climate scientists have called this bottleneck one of the “grand challenges” of their field.

Can’t just throw more computers at the problem

You might ask, “why not use an even bigger machine?” Unfortunately, it wouldn’t help. Simplistically, supercomputers are just thousands of individual computer chips, each with dozens of processing units (CPUs or “cores”) connected to each other via a high-speed network.

One of the machines I use has over 300,000 cores and can perform almost 20 quadrillion arithmetic operations per second. (Obviously, it is shared by hundreds of users and any single simulation will only use a tiny fraction of the machine.)

Large ocean wave, stormy sky
It takes an extraordinary amount of computing power to simulate long-term change in the ocean. andrejs polivanovs / shutterstock

A climate model exploits this by subdividing the surface of the planet into smaller regions – subdomains – with calculations for each region being performed simultaneously on a different CPU. In principle, the more subdomains you have the less time it should take to perform the calculations.

That is true up to a point. The problem is that the different subdomains need to “know” what is happening in adjoining ones, which requires transmitting information between chips. That is much slower than the speed with which modern chips can perform arithmetic calculations, what computer scientists call “bandwidth limitation”. (Anyone who has tried to stream a video over a slow internet connection will know what that means.) There are therefore diminishing returns from throwing more computing power at the problem. Ocean models especially suffer from such poor “scaling”.

Ten times faster

This is where the new computer algorithm that I’ve developed and published in Science Advances comes in. It promises to dramatically reduce the spin-up time of the ocean and other components of earth system models. In tests on typical climate models, the algorithm was on average about ten times faster than current approaches, decreasing the time from many months to a week.

The time and energy this could save climate scientists is valuable in itself. But being able to spin-up models quickly also means that scientists can calibrate them against what we know actually happened in the real world, improving their accuracy, or to better define the uncertainty in their climate projections. Spin-ups are so time consuming that neither are currently feasible.

The new algorithm will also allow us to perform simulations in more spatial detail. Currently, ocean models typically don’t tell us anything about features smaller than 1º width in longitude and latitude (about 110km at the equator). But many critical phenomena in the ocean occur at far smaller scales – tens of meters to a few kilometres – and higher spatial resolution will certainly lead to more accurate climate projections, for instance of sea level rise, storm surges and hurricane intensity.

How it works

Like so much “new” research it is based on an old idea, in this case one that goes back centuries to the Swiss mathematician Leonhard Euler. Called “sequence acceleration”, you can think of it as using past information to extrapolate to a “better” future.

Among other applications, it is widely used by chemists and material scientists to calculate the structure of atoms and molecules, a problem that happens to take up more than half the world’s supercomputing resources.

Sequence acceleration is useful when a problem is iterative in nature, exactly what climate model spin-up is: you feed the output from the model back as an input to the model. Rinse and repeat until the output becomes equal to the input and you’ve found your equilibrium solution.

In the 1960s Harvard mathematician D.G. Anderson came up with a clever way to combine multiple previous outputs into a single input so that you get to the final solution with far fewer repeats of the procedure. About ten times fewer as I found when I applied his scheme to the spin-up problem.

Developing a new algorithm is the easy part. Getting others to use it is often the bigger challenge. It is therefore promising that the UK Met Office and other climate modelling centres are trying it out.

The next major IPCC report is due in 2029. That seems like a long way off but given the time it takes to develop models and perform simulations, preparations are already underway. Coordinated by an international collaboration known as the Coupled Model Intercomparison Project, it is these simulations that will form the basis for the report. It is exciting to think that my algorithm and software might contribute.


Read more: Noise in the brain enables us to make extraordinary leaps of imagination. It could transform the power of computers too


The Conversation

Samar Khatiwala receives funding from UKRI.

Читайте на 123ru.net

Другие проекты от 123ru.net



Архангельск

Истории жителей Поморья представили в семейном мюзикле в Архангельске



Мир

В Турции в ужасе удивились: сотни нелегальных отелей как ни в чем не бывало принимают туристов и выставляются на площадках бронирования




Українські новини

Estischool - Школа за британською програмою



Новости 24 часа

Шапки женские вязаные на Wildberries, 2024 — новый цвет от 392 руб. (модель 466)



Game News

Sea War: Raid 1.131.0



Москва

Шапки женские вязаные на Wildberries, 2024 — новый цвет от 392 руб. (модель 466)



News Every Day

AML check crypto



Настроение

Вологодские зарисовки



Москва

Сергей Собянин подвел итоги Московской олимпиады школьников



Булат Окуджава

«Писать грустные песни — само по себе было протестом» // Как Булат Окуджава сделал голос частного человека общественным явлением



Москва

«На теплоходе по Волге»: Сергей Жуков отмечает день рождения в компании мамы



ATP

Даниил Медведев идет третьим в чемпионской гонке ATP, Андрей Рублев — пятый



Москва

В Москве произошла драка с участием 15 человек, двое в больнице



Театр

Театр и Культура, Россия и Дети: 15 мая театр кукол Ульгэр представил спектакль «Мүнгэн мүшэдүүд» в стенах Художественного музея для первых классов гимназии №29 Улан-Удэ



Симферополь

«Дефицитный продукт». В Севастополе малогабаритки стали дороже, Симферополь продемонстировал падение стоимости квадрата



Москва

Lipatov Sound заявил о выходе нового трека “Red City”



Москва

Сергей Собянин: Колледжи проведут Дни открытых дверей



Москва

Lipatov Sound заявил о выходе нового трека “Red City”



103news.com — быстрее, чем Я..., самые свежие и актуальные новости Вашего города — каждый день, каждый час с ежеминутным обновлением! Мгновенная публикация на языке оригинала, без модерации и без купюр в разделе Пользователи сайта 103news.com.

Как добавить свои новости в наши трансляции? Очень просто. Достаточно отправить заявку на наш электронный адрес mail@29ru.net с указанием адреса Вашей ленты новостей в формате RSS или подать заявку на включение Вашего сайта в наш каталог через форму. После модерации заявки в течении 24 часов Ваша лента новостей начнёт транслироваться в разделе Вашего города. Все новости в нашей ленте новостей отсортированы поминутно по времени публикации, которое указано напротив каждой новости справа также как и прямая ссылка на источник информации. Если у Вас есть интересные фото Вашего города или других населённых пунктов Вашего региона мы также готовы опубликовать их в разделе Вашего города в нашем каталоге региональных сайтов, который на сегодняшний день является самым большим региональным ресурсом, охватывающим все города не только России и Украины, но ещё и Белоруссии и Абхазии. Прислать фото можно здесь. Оперативно разместить свою новость в Вашем городе можно самостоятельно через форму.

Другие популярные новости дня сегодня


Новости 24/7 Все города России





Топ 10 новостей последнего часа




Новости России

Шапки женские вязаные на Wildberries, 2024 — новый цвет от 392 руб. (модель 466)

Шапки женские на Wildberries — скидки от 398 руб. (на новые оттенки)

Пентагон обвинил Россию в запуске противоспутникового оружия


Москва

Чеченка Лия Заурбекова поделилась подробностями конфликта с семьей в полиции






Rss.plus

В РМАТ ПРОШЕЛ I БИЗНЕС-ФОРУМ ВЫПУСКНИКОВ РМАТ 1999-2023 ГОДА ВЫПУСКА, ПОСВЯЩЕННЫЙ 55-ЛЕТНЕМУ ЮБИЛЕЮ АКАДЕМИИ

Шапки женские на Wildberries — скидки от 398 руб. (на новые оттенки)

Новые вызовы и обеспечение технологического суверенитета квалифицированными кадрами обсудили в Москве

Шапки женские вязаные на Wildberries, 2024 — новый цвет от 392 руб. (модель 466)

Moscow.media
Москва

Сергей Собянин принял решение о расширении мер поддержки промпредприятий



103news.comмеждународная интерактивная информационная сеть (ежеминутные новости с ежедневным интелектуальным архивом). Только у нас — все главные новости дня без политической цензуры. "103 Новости" — абсолютно все точки зрения, трезвая аналитика, цивилизованные споры и обсуждения без взаимных обвинений и оскорблений. Помните, что не у всех точка зрения совпадает с Вашей. Уважайте мнение других, даже если Вы отстаиваете свой взгляд и свою позицию. 103news.com — облегчённая версия старейшего обозревателя новостей 123ru.net.

Мы не навязываем Вам своё видение, мы даём Вам объективный срез событий дня без цензуры и без купюр. Новости, какие они есть — онлайн (с поминутным архивом по всем городам и регионам России, Украины, Белоруссии и Абхазии).

103news.com — живые новости в прямом эфире!

В любую минуту Вы можете добавить свою новость мгновенно — здесь.

Музыкальные новости

Шапка

Шапки женские вязаные на Wildberries, 2024 — новый цвет от 392 руб. (модель 466)




Спорт в России и мире

Алексей Смирнов – актер, которого, надеюсь, еще не забыли

Бонгонда: стадион и база «Спартака» — мои любимые места в Москве

Олимпийский чемпион Роман Костомаров поздравил победителей номинации «Экскурсия без границ» программы «Лига Экскурсоводов»

«Молитесь, друзья»: сын олимпийского чемпиона Ивана Стретовича погиб во время родов в Новосибирске


WTA

Рахимова прошла во второй круг турнира WTA в Рабате на отказе Таунсенд



Новости Крыма на Sevpoisk.ru


Камила Джорджи

Экс‑теннисистка Джорджи обвиняется в краже мебели и ковров на €100 тысяч — СМИ



Частные объявления в Вашем городе, в Вашем регионе и в России