Hoe high-performance computing helpt om klimaatverandering inzichtelijk te maken

Klimaatverandering is één van de grootste uitdagingen voor de toekomst van de mensheid. High-performance computing helpt onderzoekers over de hele wereld bij het ontwikkelen van geavanceerde en op artificial intelligence gebaseerde methodes die het milieu monitoren – een essentieel proces om tot oplossingen voor klimaatverandering te kunnen komen. Tijdens de 50e editie van Global Earth Day licht ik graag twee voorbeelden toe.

Impact op fauna en flora in de Alpen

Het MIAI Instituut, een in Grenoble gevestigd interdisciplinaire instituut voor kunstmatige intelligentie, is nog geen half jaar oud, maar ontwikkelt de nieuwste generatie AI-modellen en -systemen. Van hardware en geïntegreerde architecturen tot software, allemaal met als doel duurzaamheid te bevorderen. HPE helpt de onderzoekers van dit instituut met haar expertise in high-performance computing om code naar high-performance machines te transformeren. Dit stelt de onderzoekers in staat om grootschalige analyses te kunnen doen.

Binnen het instituut leiden Jocelyn Chanussot, professor aan het GIPSA-Lab Laboratorium in Grenoble-INP, en Wilfried Thuiller, onderzoeksdirecteur van het Alpine Ecology Laboratorium (LECA) een belangrijk project: onderzoek dat zich richt op het ontwikkelen van geavanceerde artificial intelligence-methoden voor milieuobservaties, in het bijzonder binnen koude ecosystemen, die worden aangetast door de opwarming van de aarde. Om dit fenomeen te bestuderen werd in 2016 een oppervlakte van 40 m2 grasland getransplanteerd om in-situ-observaties mogelijk te maken aan de hand van bijvoorbeeld vormelijke kenmerken, fotosynthetische productiviteit en veranderingen in microbiële samenstellingen door omgevings-DNA. In 2020 zijn er ook traditionele en hyperspectrale foto's op hoge resolutie aan het onderzoek toegevoegd.

Om de impact van klimaatverandering op onze omgeving meetbaar te kunnen maken, te begrijpen en te kwantificeren zijn er tegenwoordig diverse observatiemethodes beschikbaar, zoals in-situmetingen, metingen vanuit satellieten, vliegtuigen en drones, en zelfs laboratoriummetingen om het DNA van planten en dieren tot in detail te analyseren. Al deze observaties genereren grote hoeveelheden data (meer dan 100TB). Supercomputers zoals GENCI’s Jean Zay machine, door HPE ontworpen en gelanceerd in januari 2020, zijn onmisbaar om deze enorme hoeveelheden data door algoritmen te laten verwerken en waardevolle informatie te onttrekken uit de datamassa.

Het succes van deze projecten is vooral te danken aan de samenwerking tussen de ecologen, datawetenschappers en high-performance computing-experts.

Geluidsdata verzamelen aan de rand van tropische regenwouden en droge woestijnen

Een team ecologen, geleid door dr. Brian Pijanowski van de Purdue Universiteit in de Verenigde Staten, gebruikt data van de aarde om indicatoren van wereldwijde veranderingen te onderzoeken. Dr. Pijanowski en het team van het Purdue University Center for Global Soundscapes trokken de wildernis in om aardemonsters te verzamelen en daar waardevolle informatie uit te halen. Deze informatie kan leiden tot oplossingen om de biodiversiteit van de planeet voor toekomstige generaties te behouden.

Ook geluidsopnames blijken waardevolle informatie over mogelijke veranderingen in klimaatpatronen te kunnen opleveren. Het gezang van vogels zegt bijvoorbeeld iets over de opwarming van de aarde. Vogels tjirpen in hogere tonen als de omgeving verstedelijkt is, maar bijvoorbeeld ook als er meer donderslagen zijn in Alaska.

Het zogeheten ‘Soundscape team’ van dr. Pijanowski startte met een wereldwijde luistertour in de tropische bossen van Borneo, een van de grootste eilanden van Azië. Ze plaatste batterijgedreven, akoestische sensoren en opnameapparatuur om omgevingsgeluid vast te leggen. Dit proces herhaalden de onderzoekers op verschillende plekken, waardoor er nu een significante hoeveelheid audiodata verzameld is die maar liefst 80 procent van de belangrijkste ecosystemen in de wereld dekt. De opnames bevatten ongeveer 100.000 verschillende geluiden van allerlei soorten activiteiten zoals dieren, het weer en bewegend water.

Om de grote hoeveelheden verzamelde, complexe data te verwerken en ervan te leren, had het Soundscape team een combinatie van krachtige computing, deep learning en dataverwerking en -analyse nodig. Hierbij werd gebruikgemaakt van high-performance computingoplossingen van de HPE Edgeline Converged-systemen en de HPE ProLiant HPE-servers. Nadat de gefragmenteerde gegevens waren geconsolideerd, werden HPE Apollo-systemen gebruikt voor het verwerken en analyseren om data visueel te kunnen weergeven. Het grote voordeel van Apollo-systemen is dat ze uitermate geschikt zijn voor het ondersteunen van diepere learning- en analysemogelijkheden.

Datacenterefficiency in Nederland

Er zijn meer manieren waarop technologie kan bijdragen aan het realiseren van een toekomstbestendige wereld. In Nederland is datacenterefficiency een hot topic. Er is onlangs een coalitie gestart rondom het LEAP-programma, waar HPE ook onderdeel van is. In deze coalitie werken datacenters en bedrijven in Amsterdam samen aan het realiseren van een lager stroomgebruik. Nederland is namelijk een hosting-intensief land. Er zijn inmiddels gesprekken gaande om tevens een Zwitsers model zo snel mogelijk in te brengen in het LEAP-programma in Nederland. Dit model verwijst naar een alliantie van academici en branchevertegenwoordigers die in januari 2020 tijdens het World Economic Forum (WEF) een het Zwitserse Data Center Efficiency Label heeft aangekondigd. Het voornaamste doel van dit label is om de koolstofuitstoot en energieconsumptie van datacenters in Zwitserland te verminderen. LEAP is geïnteresseerd in het inbrengen van dit model, met name omdat er holistisch naar het datacenter wordt gekeken. Deze toevoeging zou een mooie volgende stap in het LEAP-programma kunnen zijn.

Strategie voor duurzame ontwikkeling

Duurzaamheid en het minimaliseren van onze ecologische voetafdruk in de hele waardeketen is essentieel voor HPE, binnen alle onderdelen van de organisatie. Daarom richten we ons op de gebieden waar onze impact het grootst is en kijken we hoe we klanten kunnen helpen om alleen de capaciteit te gebruiken die nodig is. Het is fantastisch om te zien dat onze specialisten en onze IT-oplossingen de wetenschap en maatschappij helpen om patronen van wereldwijde veranderingen te begrijpen.

Door: Clemens Esser (foto), CTO HPE Nederland