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Schweizer Wetterdienst setzt auf GPUs für genauere Wettervorhersagen

Das neue System von MeteoSchweiz ermöglicht mehr als zweimal höhere Modell-Auflösungen für tägliche Wettervorhersagen

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Christian Beer
NVIDIA
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Santa Clara, Kalifornien, 15. September 2015 – Das Schweizer Bundesamt für Metrologie und Klimatologie MeteoSchweiz ist der erste nationale Wetterdienst, der einen GPU-beschleunigten Supercomputer einsetzt, um die Genauigkeit seiner täglichen Wettervorhersagen zu verbessern.

Das neue System ermöglicht eine mehr als zweimal höhere Auflösung bei Wettermodellen bei einer gleichzeitig dreimal höheren Energieeffizienz im Vergleich zum Vorgängersystem, das bei MeteoSchweiz bisher im Einsatz ist. Durch höhere Auflösungen können Wetterdienste wie MeteoSchweiz Stürme und andere Unwetter sowie ihre Stärke präziser vorhersagen. Das umfasst frühe Warnvorhersagen für unterschiedliche Wetterphänomene, genauere Bestimmung der Routen von gefährlichen Stürmen sowie bessere Einsichten in die Niederschlagsaktivität.

MeteoSchweiz kann durch die höher aufgelösten Modelle Wolkenformationen und ihr Verhalten äußerst genau modellieren. Das schließt Menge, Dauer und Ort von Niederschlag, Schnee und entsprechenden Wetterereignissen ein. Diese Fähigkeit ist speziell für die Schweizer Bergregion relevant, da hier Niederschlagsmuster typischerweise schwerer vorherzusagen sind.

Im neuen Wettervorhersage-Supercomputer von MeteoSchweiz arbeiten Tesla-K80-GPUs von NVIDIA, die aktuellen Spitzenmodelle der Tesla Tesla Accelerated Computing Platform. Das System liefert eine 40mal höhere Leistung als der CPU-basierte Computer, den es ersetzt.
„Wettervorhersagen sind eine unglaublich schwierige Herausforderung, da sie riesige Mengen an Computerrechenleistung benötigen, um genaue Ergebnisse zu erzielen“, sagt Ian Buck, Vice President of Accelerated Computing bei NVIDIA. „Die Tesla Accelerated Computing Platform ist von Grund auf geeignet für Wettervorhersagen und andere umfangreiche und komplexe Computeraufgaben, da sie Wissenschaftlern und Ingenieuren dabei hilft, einige der weltweit schwierigsten Probleme zu lösen.“

Das GPU-basierte System ermöglicht MeteoSchweiz zweimal höher aufgelöste Wettermodelle für kurzfristige Wettervorhersagen (24 Stunden) 1 zu erzeugen und dreimal höher aufgelöste Modelle für mittelfristige Voraussagen 2 .

Außerdem weitet es die Möglichkeiten von MeteoSchweiz bei den mittelfristigen Vorhersagen aus, indem ein so genanntes “Ensemble-Vorhersage-System” hinzufügt, das den Vorhersage-Zeitraum auf fünf Tage ausdehnt. Dies ist bisher praktisch nur für Wetterdienste mit signifikant größeren Infrastrukturen und Ressourcen möglich. Das Ensemble-Vorhersage-System setzt leistungsstarke GPUs ein, um multiple Instanzen rechenintensiver Simulationen auszuführen. Dadurch erhält man Informationen über die wahrscheinlichste Entwicklung des Wetters.

Der neue, von NVIDIA-GPUs beschleunigte Wettervorhersage-Supercomputer von Cray ist vom Schweizer National Supercomputing Centre (CSCS) in Lugano, Schweiz, installiert worden und wird ab Frühjahr/Sommer 2016 für Wettervorhersagen eingesetzt.

„Die Herausforderung bei höher aufgelösten Wettermodellen ist das extrem kurze Zeitfenster, das Meteorologen haben, um die Simulationen zu beenden“, sagt Prof. Dr. Thomas Schulthess, Director des CSCS. „GPU-Beschleunigung lässt Meteorologen schnell hochaufgelöste Wettervorhersagen in diesem kleinen Zeitfenster treffen. Dadurch erhalten sie einen erheblich höheren Grad an Genauigkeit bei ihren Wettervorhersagen.“

Verbesserter Zugang zu GPU-beschleunigter COSMO-Applikation
Tägliche Wettervorhersagen werden auf Hochleistungs-Supercomputern mittels numerischer Wettervorhersagemodelle durchgeführt, die die Atmosphäre inklusive Temperatur, Druck, Wind, Niederschlag und andere Faktoren simulieren und prognostizieren.

MeteoSchweiz produziert Wettervorhersagen mittels des COSMO-Modells, das vom Konsortium für Small-scale Modeling entwickelt wurde. COSMO wird außerdem flächendeckend für Wettervorhersagen von sechs Europäischen, nationalen Wetterdiensten in Deutschland, Italien, Griechenland, Polen, Rumänien und Russland eingesetzt.

Das COSMO-Konsortium arbeitet an der Integration der GPU-beschleunigten Entwicklungen von MeteoSchweiz in die Standard-Version, die für andere Wetterdienste in Europa und weitere Mitglieder des COSMO-Konsortiums zugänglich ist.

Über die NVIDIA-Tesla-beschleunigte Computing-Plattform
Die Tesla-beschleunigte Computing Plattform ist von Grund auf für energieeffizientes High-Performance Computing, Computerwissenschaften, Supercomputing, Großunternehmen, komplexe Datenanalysen und maschinelles Lernen konstruiert. Sie liefert enorm höhere Leistung und Energieeffizienz als ein rein CPU-basierter Ansatz. Die Plattform integriert die weltweit schnellsten GPUs, ein fortschrittliches Systemmanagement, eine beschleunigte Kommunikationstechnologie und NVIDIA CUDA, das weltweit verbreitetste, parallele Computing-Modell und liefert so beispiellose Applikationsleistung im Rechenzentrum.

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Über NVIDIA
NVIDIA (NASDAQ: NVDA) leistet seit 1993 Pionierarbeit auf dem Gebiet des visuellen Computings. Die Technologien des Unternehmens transformieren Bildschirmwelten in eine Welt von interaktiven Erlebnissen für Gamer und Wissenschaftler, für Endkunden und Unternehmen. Weitere Informationen gibt es unter http://www.nvidia.de und http://www.nvidia.de/page/newsandevents.html.

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(1) Das neue System ermöglicht zweimal höher aufgelöste Wettermodelle für kurzfristige Voraussagen von 2,2 auf 1,1 Kilometer.

(2) Das neue System ermöglicht dreimal höhere aufgelöste Wettermodelle für mittelfristige Voraussagen von 6,6 auf 2,2 Kilometer.