นักวิทย์สร้าง ฝาแฝดดิจิทัลของโลก ละเอียดระดับ 1 กม. พลิกโฉมการพยากรณ์อากาศ

นักวิทยาศาสตร์สร้าง “Digital Twin” ของโลกสำเร็จ! ทีมนักวิจัยนำโดย Daniel Klocke จากสถาบัน Max Planck ในเยอรมนี ได้สร้างแบบจำลองโลกดิจิทัลที่มีความละเอียดสูงถึง 1.25 กิโลเมตร ถือเป็นก้าวสำคัญของวงการวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม และถูกขนานนามว่าเป็น “จอกศักดิ์สิทธิ์” ของการสร้างแบบจำลองภูมิอากาศ

Digital Twin คืออะไร?
“Digital Twin” หรือ “ฝาแฝดดิจิทัล” หมายถึงแบบจำลองเสมือนของสิ่งที่มีอยู่จริงในโลก ซึ่งอัปเดตข้อมูลแบบเรียลไทม์ตามสิ่งที่เกิดขึ้นจริง ตัวอย่างเช่น ในกรณีนี้ คือแบบจำลองของโลกที่จำลองอุณหภูมิ ลม น้ำทะเล และการเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศทั้งหมดได้อย่างแม่นยำ — เปรียบเสมือนการสร้าง “โลกอีกใบ” ในคอมพิวเตอร์ ที่เคลื่อนไหวไปพร้อมกับโลกจริง

โมเดลใหม่นี้มีความละเอียดสูงมาก ครอบคลุมทั้งพื้นดินและทะเลทั่วโลกด้วยเซลล์จำลองกว่า 672 ล้านเซลล์ (336 ล้านเซลล์บนพื้นผิวโลก และอีก 336 ล้านในชั้นบรรยากาศ) เพื่อให้สามารถคำนวณการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ลม และความชื้นในแต่ละพื้นที่ขนาดเล็กได้อย่างละเอียด

หัวใจของงานวิจัยคือการรวม “ระบบเร็ว” และ “ระบบช้า” เข้าด้วยกันในโมเดลเดียว — ระบบเร็ว หมายถึงวัฏจักรพลังงานและน้ำ ซึ่งก็คือ “สภาพอากาศ” ที่เปลี่ยนแปลงในระดับวันต่อวัน โดยใช้โมเดลชื่อ ICOsahedral Nonhydrostatic (ICON) ในการจำลอง ส่วน ระบบช้า คือวัฏจักรคาร์บอน การเปลี่ยนแปลงของชีวมณฑล และเคมีในมหาสมุทร ซึ่งเกิดขึ้นในระดับปีหรือหลายสิบปี

การผสานทั้งสองระบบนี้เข้าด้วยกันถือเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่ เพราะแบบจำลองภูมิอากาศทั่วไปทำได้ดีที่สุดเพียงความละเอียดระดับ 40 กิโลเมตรเท่านั้น การก้าวขึ้นมาถึงระดับ 1.25 กิโลเมตรจึงเป็นการเปลี่ยนโฉมวงการอย่างแท้จริง

เบื้องหลังความสำเร็จนี้ คือการผสมผสานระหว่างเทคโนโลยีซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ล้ำยุค ทีมงานได้ปรับปรุงโค้ดเก่าที่เขียนด้วยภาษา Fortran ให้ทันสมัยขึ้นด้วยเฟรมเวิร์ก Data-Centric Parallel Programming (DaCe) เพื่อให้ระบบจัดการข้อมูลได้ดีขึ้นบนคอมพิวเตอร์ยุคใหม่

การจำลองนี้ทำงานอยู่บนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ระดับโลกอย่าง JUPITER (เยอรมนี) และ Alps (สวิตเซอร์แลนด์) ซึ่งใช้ชิป GH200 Grace Hopper จาก Nvidia เป็นขุมพลัง โดย GPU (Hopper) จะจัดการโมเดล “เร็ว” ที่ต้องอัปเดตถี่ ๆ ส่วน CPU (Grace) จะดูแลโมเดล “ช้า” ไปพร้อม ๆ กัน

ด้วยพลังของชิปมากถึง 20,480 ตัว ทีมงานสามารถจำลองเวลาในแบบจำลองโลกได้ถึง 145.7 วัน ภายในเวลาเพียง 1 วันจริง โดยต้องคำนวณค่ามหาศาลกว่า หนึ่งล้านล้านค่า หรือที่เรียกว่า “degrees of freedom” ซึ่งสะท้อนถึงจำนวนตัวแปรทั้งหมดที่ระบบต้องคำนวณพร้อมกัน

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ยังไม่พร้อมสำหรับการใช้งานทั่วไป เช่น สถานีพยากรณ์อากาศ เพราะต้องใช้พลังประมวลผลมหาศาล บริษัทเทคโนโลยีขนาดใหญ่อาจนำไปประยุกต์ใช้กับการพัฒนา Generative AI ก่อนที่จะเข้ามามีบทบาทในด้านภูมิอากาศโดยตรง

แต่ไม่ว่าจะอย่างไร “Digital Twin ของโลก” ถือเป็นหมุดหมายสำคัญของวิทยาศาสตร์ยุคใหม่ — วันที่เราสามารถจำลองโลกทั้งใบได้อย่างแม่นยำ และอาจใช้มันเพื่อเข้าใจอนาคตของโลกใบนี้ได้ดีกว่าที่เคย