L'informatique renforcée améliore la précision des prévisions météorologiques en Europe
Publié par Redbran le 26/02/2019 à 14:00
Source: © Union européenne, [2019] / CORDIS

Le plus grand défi pour les prévisions météorologiques numériques de pointe découle du besoin de simuler des phénomènes physiques complexes dans des calendriers de production serrés. Les lacunes en termes de logiciel et de matériel retardent la modélisation météorologique et climatique.

Le logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les instructions de traitement, regroupées sous...) actuel d'application à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte...) des services météorologiques et climatiques n'est pas très efficace sur les processeurs de type unité centrale (UC) existants. Il atteint environ 5 % de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de crête, essentiellement en raison d'un manque d'intensité arithmétique (L'arithmétique est une branche des mathématiques qui comprend la partie de la théorie des nombres qui utilise des méthodes de la géométrie algébrique et de la théorie des groupes. On l'appelle plus généralement la...). Le logiciel est également incapable de s'adapter aux options en évolution rapide des nouveaux processeurs, principalement à cause d'un manque de flexibilité dans la cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la...) de certains problèmes informatiques sur des unités informatiques hétérogènes. Ce problème est encore aggravé par d'autres pilotes pour le développement du matériel qui ne conviennent pas nécessairement aux simulations météorologiques et climatiques.

Améliorer la performance et l'efficacité énergétique de la modélisation météorologique et climatique

Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité...) ESCAPE financé par l'UE entendait "restaurer ce déséquilibre grâce à des actions qui remanient complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) la modélisation du système terrestre" explique le Dr Peter Bauer coordinateur. Le projet a permis d'obtenir une compréhension globale de l'efficacité énergétique pour les applications à grande échelle utilisant des architectures (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans, diffusé sur Arte depuis 1995.) hétérogènes des accélérateurs et des unités informatiques spéciales.

L'équipe du projet a mis au point (Graphie) et testé le concept des éléments algorithmiques fondamentaux appelés nains. Les nains représentent des unités fonctionnelles dans le modèle de prévision. Les membres de l'équipe ont mis au point de nouveaux algorithmes spécialement conçus pour parvenir à une meilleure efficacité énergétique et pour améliorer la portabilité (Selon le contexte, le mot portabilité peut avoir plusieurs significations :). "Évaluer les méthodes numériques et les algorithmes pour les nains plutôt que pour les modèles entiers permet de réduire la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri...) du code", explique le Dr Bauer. "Cela permet aux centres de calcul à haute performance (CHP), aux groupes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) et aux vendeurs de matériel de se concentrer sur certains aspects de la performance pour lesquels la restructuration du code et l'adaptation à de nouvelles architectures de processeurs sont plus simples."

Les partenaires du projet ont ensuite adapté et optimisé les nains engendrés en termes de performance informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par...) pour différentes architectures de matériel. Pour les transformations spectrales sur les UC, ils ont atteint des gains d'efficacité allant jusqu'à 40 %. L'optimisation du code pour les processeurs graphiques (GPU) a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel de petites îles...) des facteurs d'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur vectorielle qui indique...) d'environ 10-50 sur un seul nœud, et encore par un facteur de deux ou trois lorsqu'ils sont déployés sur différents GPU.

L'équipe d'ESCAPE s'est également intéressée aux langages dédiés (DSL). Quand il est adapté aux GPU avec un DSL, un nain calculant l'advection d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...) a montré une amélioration de la vitesse (On distingue :) d'un facteur de deux par rapport à la version adaptée manuellement. Ils ont examiné une série de méthodes numériques exploitant les solveurs multigrilles et différents types de discrétisation spatiale et de progression temporelle.

Des améliorations dans les capacités prédictives pour les conditions météorologiques et climatiques

ESCAPE aura des répercussions sur l'excellence européenne, car il emploie le CHP à échelle exa pour faciliter l'un des plus grands domaines ayant un impact sociétal: les prévisions météorologiques à haute résolution. Des prévisions plus précises aussi bien en termes de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) que d'espace sont essentielles pour les voyages, la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou...), le travail et la sécurité. "L'impact des conditions météorologiques sur la société via les prévisions et la préparation a été réduit grâce aux avancées concernant les prévisions réalisées par ESCAPE", déclare le Dr Bauer.

"En modifiant les algorithmes numériques et en utilisant de nouveaux modèles de programmation (La programmation dans le domaine informatique est l'ensemble des activités qui permettent l'écriture des programmes informatiques. C'est une étape importante de la conception de...), d'importantes améliorations aux prédictions météorologiques et climatiques seront possibles et abordables, menant à des alertes fiables et en temps opportun fondées sur les prévisions", conclut le Dr Bauer. "ESCAPE représente une énorme avancée dans la modélisation météorologique et climatique." Le projet profite directement à tous les membres du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT) et aux pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la...) coopérants. Il soutiendra le service Copernicus de surveillance de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) et le service Copernicus concernant le changement climatique qui s'appuient sur le système intégré de prévision du CEPMMT.

Pour plus d'information voir: projet ESCAPE
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