пресс-центр

Мировое значение: GPU помогают следить за повышением уровня Мирового океана со сверхвысокой точностью

NVIDIA Blog NVIDIA Blog
NVIDIA Blog http://blogs.nvidia.com/blog/2016/02/26/rising-sea-levels/

 

Повышение уровня моря вследствие климатических изменений оказывает влияние на четверть всего мирового населения, однако точные измерения этого процесса до сих пор представляют собой сложную задачу для климатологов.

Уровень моря традиционно измеряется посредством определения уровня воды относительно отметок на суше. Проблема заключается в том, что земная кора тоже движется в результате тектонической активности. Поэтому, когда датчики сообщают о неизменности уровня моря, это может быть связано с тем, что движения континента искажают данные.

Томас Хобигер (Thomas Hobiger) и его коллеги-исследователи из Технического университета Чалмерса в Швеции решают это проблему с помощью GPS-приемников и параллельных вычислений. Вместо измерений уровня воды по отношению к системе координат Земли, они используют сигналы статического источника, отраженные от поверхности. Эта технология называется рефлектометрия с помощью сигналов глобальных навигационных спутников систем, или GNSS-R.

Работа этих исследователей невероятно важна. На прошлой неделе две отдельные исследовательские группы рассказали о своем открытии: уровень мирового океана повышается самыми быстрыми темпами за последние почти 3000 лет,как сообщает New York Times.

Схематическое изображение потока данных для  программно-определяемого приемника в системе GNSS-R. Получаемые прямые и  отраженные сигналы оцифровываются и отправляются по Ethernet-сети на хост-ПК,  где обработка сигналов производится на графических ускорителях Tesla K40.

Схематическое изображение потока данных для программно-определяемого приемника в системе GNSS-R. Получаемые прямые и отраженные сигналы оцифровываются и отправляются по Ethernet-сети на хост-ПК, где обработка сигналов производится на графических ускорителях Tesla K40.

 

Благодаря своему исследованию, Хобигер и его команда попали в число пяти финалистов премии NVIDIA Global Impact Award 2016. Каждый год мы вручаем премию в $150000 исследователям, использующим технологии NVIDIA в принципиально новых проектах для решения социальных, гуманитарных и экологических проблем.

Толчком для начала работы в этом направлении для Хобигера стало посещение в 2009 году первой ежегодной конференции по GPU-технологиям, где собираются разработчики со всего мира, чтобы обменяться идеями в области вычислений на GPU. С тех пор он использует GPU для обработки данных, необходимых для оценки толщины снежных покровов, уровня воды и атомного времени.

На протяжении последних полутора лет команда Хобигера работает над проектом по изучению уровня мирового океана, используя GNSS-R. Этот метод позволяет повысить точность измерений, используя GPS-приемники вдоль береговой линии и отраженные от поверхности воды GPS-сигналы. Затем графические процессоры NVIDIA обрабатывают эти данные, чтобы высчитать уровень воды в реальном времени.

Хобигер остановил свой выбор на технологии рефлектометрии за счет ее точности измерений до сантиметров. Но чтобы использовать этот метод на практике, требовалась значительно более высокая производительность вычислений. Благодаря NVIDIA GPU и модели программирования CUDA, метод рефлектометрии с помощью сигналов глобальных навигационных спутников систем стал недорогим и эффективным решением.

 
 

Результаты 60-часового теста, проведенного в марте прошлого года. Данные о высоте уровня моря, полученные с программно-определяемого приемника (красным), и измерения, полученные на гидрометрической станции (синим). Сравнение этих результатов демонстрирует среднеквадратическое отклонение менее 9 мм и коэффициент корреляции выше .995

Результаты 60-часового теста, проведенного в марте прошлого года. Данные о высоте уровня моря, полученные с программно-определяемого приемника (красным), и измерения, полученные на гидрометрической станции (синим). Сравнение этих результатов демонстрирует среднеквадратическое отклонение менее 9 мм и коэффициент корреляции выше .995.

 

«Используя аппаратные решения, обработка сигналов отнимает много времени и является не особо точной. Мы осознали, что, если начнем обработку сигналов с помощью программного обеспечения, наши возможности безгранично возрастут, - рассказал Хобигер. - Именно в этот момент мы обратились к GPU и CUDA.»

Для обработки данных команда использует библиотеки cuFFT для CUDA. Хобигер заметил, что их решение значительно дешевле схожих аппаратных методов, используемых в других исследовательских институтах.
Данные из рефлектометрической системы поступают постоянным потоком со скоростью до 800 Мбит/с. Используя параллельно вычислительную мощность графических процессоров NVIDIA Tesla и GeForce, Хобигер и его коллеги теперь могут справиться с таким объемом информации.

«Без помощи GPU мы бы не смогли обрабатывать все полученные сигналы в режиме реального времени», - признался Хобигер.

Программное обеспечение, с которым работает Хобигер, имеет открытый исходный код и может быть развернуто на десктопе в комбинации с инструментами для измерения уровня моря в других регионах.
«Очень важно иметь представление о нашей планете и понимать, как она развивается, - заявил Хобигер.- Повышение уровня знаний в области науки о Земле в интересах каждого, потому что это планета, на которой мы живем».

Ознакомьтесь с работой прошлогоднего победителя премии Global Impact Award. Победитель премии Global Impact Award 2016 будет объявлен на конференции по GPU-технологиям, которая пройдет с 4 по 7 апреля в Кремниевой долине.