AI如何彻底改变科学？NVIDIA驱动的AI for Science告诉你答案

本文来自“NVIDIA英伟达企业解决方案”，文章仅代表作者观点，与“科研圈”无关。

AI for Science就像一把神奇的钥匙，正在将人工智能与科学研究紧密结合。利用AI的“超能力”深入探索自然和人类社会的奥秘，学习、模拟、预测各种现象和规律。AI 不仅让人类对世界有了更深入的认识，更为科学发现和创新提供了强大的推动力。有了这把开启知识宝库的金钥匙，未来的科学发现和创新将如虎添翼。

AI for Science正在引领一场科研革命，其涵盖的领域非常广泛。从气候预测到外星探索，再到新药研发和灾害预警，全球人工智能计算平台领导者 NVIDIA 正扮演推动者的角色，全力加速科学研究发展。

以下 6 个案例带您一览 AI for Science 的全新应用。

数字孪生“地球”助力气候研究

地球气候变化能够被精准模拟和预测吗？答案是能！当然前提是有强大的 AI 超级计算机。

早在 2021 年，NVIDIA 就宣布打造全球最强大的 AI 超级计算机“Earth-2”，专门用来预测气候变化，并将投入 NVIDIA 的所有前沿技术。该系统通过 Omniverse 构建了一个地球数字孪生。

NVIDIA 的 Earth-2 团队还创建了 FourCastNet，这是一个能够以 50 - 100,000 倍速度模拟全球天气模式的物理学 AI 模型。与传统方法相比，AI 天气预测模型 FourCastNet 在实现高准确度的同时，还将速度和能效提升了好几个数量级。

例如，FourCastNet 基于历史数据，准确预测了 2018 年 7 月 5 日阿尔及利亚瓦尔格拉的高温，那是非洲有气象记录以来气温最高的一天。

利用 GPU，FourCastNet 快速而准确地生成 1,000 个集合成员，超越了传统模型；

FourCastNet 比传统的数值天气预报（NWP）模型快约 45,000 倍；

在训练时，与 NWP 模型中的标杆——欧洲综合预报系统相比，FourCastNet 预测天气所需的能耗减少 12,000 倍。

2018 年 7 月非洲地区真实天气的可视化图（中间），周围的地球代表 FourCastNet（集合成员）对热穹现象的准确预报。

AI 助力科学家制作“分子电影”

科学家正在利用 AI 追踪人眼无法观察到的原子运动。美国 SLAC 国家加速器实验室高级科学家 Ryan Coffee 制作的以分子为主题的电影颇具影响。

为了制作这部电影，Coffee 团队采用了 AI 技术和一台出色的投影仪。在拍摄过程中， AI 模型通过观看投影仪投放的超高速影片学习原子运动，而这台投影仪能够以每秒 120 次的速度脉冲 X 射线。

到目前为止，Coffee 团队能够在 10 - 20 分钟内重新训练一个自动编码器模型，每秒推理 10 万次。Coffee 说：“我们已经进入到阿秒脉冲领域，可以看到电子泡来回晃动。”

AI 寻找外星人

AI 技术已应用于寻找地外生命。2023 年初，《自然·天文学》上的研究介绍了 AI 技术在长期寻找地外智慧生物方面发挥的关键作用。一名多伦多大学的本科生在国际研究团队中充分运用了深度学习来寻找外星文明。

该研究团队训练了一个 AI 系统以识别自然天体物理过程无法产生的信号，并为它提供了一个由全球最大射电望远镜之一绿岸望远镜所采集的超大型数据集，数据集大小超过 150 TB。该 AI 系统识别了 2 万多个相关信号。其中，8 个具有技术签名的特征，例如可能向科学家提示存在另一个文明的射电信号。

面对越来越多来自射电望远镜的数据，必须有一种快速、有效的手段来整理这些数据，而这正是该 AI 系统的“用武之地”。