安捷數科與Graphcore攜手，使用IPU進(jìn)行氣象預測、精準灌溉和防災減災

近日，安捷中科全資子公司安捷數科與Graphcore（擬未）正式宣布達成戰略合作，雙方將以目前用于氣象、灌溉和災害預防的ET0科學(xué)計算合作項目為基礎，延伸到為不同行業(yè)與場(chǎng)景共同打造基于IPU的整合解決方案，應用于農業(yè)、工業(yè)、氣象、鄉村振興、防災減災等領(lǐng)域，解決這些領(lǐng)域在數字轉型和AI轉型上面臨的挑戰和痛點(diǎn)，在IPU系統上釋放行業(yè)的數據價(jià)值。

安捷數科與Graphcore的初期合作是基于IPU上ET0模型的科學(xué)計算項目，雙方的技術(shù)團隊使用了氣象數據來(lái)在ET0模型上預測天氣，對比安捷之前使用的計算平臺CPU，安捷的技術(shù)團隊在IPU上實(shí)現了60.5倍性能提升，這使得大規模精準天氣預測成為可能。在下一階段，除了擴大氣象預測規模和時(shí)間范圍，隨著(zhù)更豐富的數據集的使用，雙方將使用ET0基于蒸發(fā)蒸騰量來(lái)進(jìn)行森林大火預防、精準農業(yè)灌溉、自然災害預測和保險減災方面的應用。

在IPU上實(shí)現快速精準的氣象預測

近期舉行的第26屆氣候變化大會(huì )再次為人類(lèi)拉響了氣候危機的警鈴，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(gè)國家首要解決的問(wèn)題。今年8月，中國氣象局發(fā)布了《中國氣候變化藍皮書(shū)：極端天氣氣候事件風(fēng)險進(jìn)一步加劇》，藍皮書(shū)顯示，隨著(zhù)高溫、強降水等極端天氣氣候事件的增多增強，我國氣候風(fēng)險水平趨于上升。1961年至2020年，我國極端強降水事件呈增多趨勢，極端高溫事件自20世紀90年代中期以來(lái)明顯增多；1991年至2020年，我國氣候風(fēng)險指數平均值（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用于應對此類(lèi)極端天氣事件上。安捷數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(lái)進(jìn)行精準氣象預測。ET0通過(guò)對溫度、濕度、氣壓以及風(fēng)速在內的天氣要素進(jìn)行插值分析和預測計算，這對氣象數據挖掘、數值天氣預報水平的評估以及氣候變化等相關(guān)研究具有重要價(jià)值。

安捷中科CEO黃思源

安捷中科CEO黃思源說(shuō)道：“在ET0的項目中，我們最大的挑戰是得到的基礎數據是稀疏的，是不準確的，有些時(shí)候中間參數會(huì )有缺失。在這種情況下，我們需要大量的數據清理、數據治理的工作，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(guò)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(wàn)平方公里，所以我們要有一千萬(wàn)個(gè)點(diǎn)。從四千個(gè)點(diǎn)要插值一千萬(wàn)個(gè)點(diǎn)，要么不準確，要么計算工作量很大。我們還通過(guò)了地形地貌的數據進(jìn)行輔助，獲得更準確的插值。所以，這個(gè)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(lái)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(zhù)我們過(guò)去的知識和規律不再起作用了，因此我們所有的計算都須面向短時(shí)、實(shí)時(shí)的計算。對于計算的難度和強度都提出了很高的要求。Graphcore的IPU技術(shù)使得我們有信心應對未來(lái)更多的氣候變化，實(shí)現更短期的預測、更短期的響應。這項技術(shù)確實(shí)成為了安捷數科的基礎技術(shù)。這也是為什么我們希望能與Graphcore建立長(cháng)期的戰略合作，把基于IPU的解決方案應用到其他領(lǐng)域，造福社會(huì )民眾?！秉S思源表示。

上圖顯示了2015年全年氣象數據在IPU上使用ET0的運行結果。顏色從藍到紅的變化，代表了ET0值從低到高的變化，不同區域的顏色差異直接體現了當天各個(gè)氣候要素（空氣溫度、濕度、風(fēng)速、大氣壓力）統計值（最高/最低/平均）的差異性。每一個(gè)點(diǎn)的ET0歷史/預測數值可以用于當年極端天氣識別統計以及作物未來(lái)一段時(shí)間灌溉量的預測。

使用IPU上的ET0進(jìn)行精準農業(yè)灌溉

除了氣象，蒸發(fā)蒸騰量也同樣被廣泛應用在灌溉領(lǐng)域。想要實(shí)現精準灌溉，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(shí)和未來(lái)的預測。安捷數科已與國家氣象信息中心展開(kāi)合作，通過(guò)國家氣象信息中心獲得全國的氣象站的歷史和實(shí)時(shí)數據，并且通過(guò)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(gè)計算量很大，在Graphcore IPU上60.5倍的性能提升意味著(zhù)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(gè)實(shí)時(shí)的技術(shù)。這種提升實(shí)際上對我們來(lái)說(shuō)是巨大的，使得我們未來(lái)能夠為所有的灌溉控制器提供實(shí)時(shí)控制。這對中國整個(gè)的灌溉耗水都具有深遠影響?！秉S思源說(shuō)道。

將IPU驅動(dòng)的創(chuàng )新應用于自然災害預防

蒸發(fā)蒸騰量的變化可以預見(jiàn)潛在的自然災害，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(huì )增高；若某一地區近期蒸騰量異常，那么就要警惕極端降雨或者干旱。同樣降雨量在某些地區、某

些土壤環(huán)境下就能引起滑坡坍塌和泥石流，但是在另一些地區卻不會(huì )。通常而言，植物覆蓋較好的地區的災害發(fā)生概率比較小，除了直觀(guān)可見(jiàn)的植物根系約束了土壤移動(dòng)的原因外，安捷數科的最新計算表明，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(shí)也降低了斜坡滑坡風(fēng)險。借助IPU的卓越性能表現，安捷數科將能夠進(jìn)行更快速和更大量的類(lèi)似創(chuàng )新研究。

Graphcore大中華區總裁兼全球首席營(yíng)收官盧濤

Graphcore大中華區總裁兼全球首席營(yíng)收官盧濤表示：“安捷數科是中國極具創(chuàng )新的將數據技術(shù)和數據科學(xué)應用到不同行業(yè)和社會(huì )領(lǐng)域中的先導企業(yè)。Graphcore（擬未）與安捷數科的合作，使得我們能夠更深入地扎根中國、服務(wù)中國，將IPU技術(shù)應用到農業(yè)、氣象、自然災害預測和社會(huì )服務(wù)等領(lǐng)域，為基礎設施數字化建設和產(chǎn)業(yè)AI轉型助力?！?/p>

“我們將繼續積極與包括安捷數科在內的客戶(hù)和生態(tài)伙伴通力合作，努力將IPU技術(shù)應用到AI惠民、AI惠農和AI興業(yè)中，造福社會(huì )和民眾，助力我國產(chǎn)業(yè)數字化轉型?！北R濤表示。