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Na esperança de mitigar os efeitos das mudanças climáticas, cientistas que trabalham em colaboração com o Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica dos Estados Unidos (NCAR) estão usando supercomputadores para explorar os riscos e benefícios de semear a atmosfera com aerossóis que bloqueariam a luz solar e reduziriam as temperaturas globais.
A ideia é imitar os processos naturais que demonstraram ter um efeito de resfriamento no clima. Por exemplo, sabemos há muito tempo que as erupções vulcânicas podem elevar compostos para a estratosfera e refletir a radiação solar de volta ao espaço.
Propostas para injetar aerossóis na estratosfera artificialmente são nada de novo. No entanto, há preocupações de longa data em torno da geoengenharia e preocupações de que o impacto no clima mais amplo representado pela injeção de aerossol estratosférico (SAI) não seja bem compreendido – conforme destacado em um papel 2021 publicado pelos principais especialistas das Academias Nacionais de Ciências, Engenharia e Medicina do governo dos Estados Unidos.
E claro que tem Superman III. Todos nós sabemos como isso funcionou.
Não é o maior, mas com o objetivo de ser o melhor
No entanto, isso pode mudar em breve. O uso do SAI é um dos 15 pesquisar projetos que recentemente concluído O supercomputador Derecho – localizado em Cheyenne, Wyoming – irá resolver. O sistema, que entrou em operação no início deste mês, atenderá ao programa NCAR Accelerated Scientific Discovery e foi projetado para executar pesquisas computacionais em larga escala sobre modelos meteorológicos e climáticos.
O sistema em si é relativamente pequeno – com 19,87 petaflops de desempenho máximo – comparado ao big iron implantado pelos Laboratórios Nacionais do Departamento de Energia. Para referência, o Laboratório Nacional de Oak Ridge sistema de fronteira é mais de 50 vezes mais potente, com 1,1 exaflops. No entanto, para os pesquisadores que trabalham em colaboração com o NCAR, é uma atualização bastante substancial – aproximadamente 3,5 vezes a do sistema Cheyenne de saída, construído em 2018.
De acordo com Irfan Elahi, diretor da divisão de computação de alto desempenho da NCAR, o sistema foi projetado para atender a determinados padrões de pesquisa do clima e do tempo – não para competir no Top500 pela pontuação LINPACK mais alta.
O sistema em si não surpreenderá ninguém que tenha acompanhado o desenvolvimento de supercomputadores nos Estados Unidos nos últimos anos. Ele é construído pela HPE usando a plataforma Cray EX e é equipado com as CPUs Epyc Milan da AMD e as GPUs A100 da Nvidia. Especificamente, Derecho pacotes 2.488 nós de computação, cada um com um par de Epycs de 64 núcleos e 82 nós de GPU com quatro aceleradores A100 cada.
Embora sejam relativamente poucas GPUs – apenas 328 em comparação com os 4.976 soquetes de CPU do sistema – Elahi observa que elas representam cerca de 20% da capacidade de computação sustentada do sistema. Além do mais, enquanto os pesquisadores trabalham para acelerar suas cargas de trabalho, a plataforma Cray EX oferece espaço para nós de GPU adicionais – embora Elahi observe que isso vai acontecer ou não vai depender de financiamento adicional.
Do jeito que está, muitos modelos de tempo e clima – incluindo o Community Earth System da NCAR e os modelos de pesquisa e previsão do tempo – ainda não podem aproveitar a aceleração da GPU.
“Estamos muito cientes de que nem todo o nosso código atual está pronto para GPU, mas a ideia é que isso forneça a plataforma de lançamento e a plataforma para que nossos cientistas e usuários migrem e acelerem sua ciência com GPUs”, explicou Elahi. “Não estamos apenas olhando para o que pode ser feito hoje, mas para o que é possível amanhã.”
O deleite dos cientistas climáticos
Entre os primeiros a colocar as mãos no sistema estão os pesquisadores da Colorado State University, que planejam usar o Derecho para modelar grandes simulações de conjuntos para avaliar a influência das mudanças climáticas nas tempestades convectivas na América do Sul.
Os pesquisadores esperam que esses modelos ajudem a esclarecer o impacto da injeção estratosférica de aerossóis nos padrões climáticos mais próximos da superfície. Uma grande preocupação em relação ao SAI é que usá-lo para baixar as temperaturas globais pode fazer com que os padrões climáticos mudem de uma forma que tenha consequências inesperadas – como a redução do rendimento das colheitas devido à seca.
Este é apenas um dos vários projetos de pesquisa planejados para Derecho. Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Los Angeles usarão o sistema para estudar as condições climáticas no oeste dos Estados Unidos que contribuem para o calor extremo e os riscos de incêndio. Enquanto isso, pesquisadores da Universidade Johns Hopkins simularão os efeitos dos ventos solares – partículas energizadas do Sol – na magnetosfera da Terra.
Ao todo, existem 15 universidades e NCAR projetos – sobre temas que vão desde incêndios florestais e furacões a tempestades solares – que começará a funcionar em Derecho neste verão. ®
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