Revista Nature publica artigo sobre Pangu-Weather, algoritmo de IA para o clima, desenvolvido pela Huawei

10 de julho de 2023 - O Pangu-Weather, algoritmo de Inteligência Artificial criado pela Huawei Cloud, foi tema de um artigo científico publicado, no dia 5 de julho, pela Nature, uma das principais revistas científicas do mundo. A Huawei Cloud é uma das unidades de negócios da Huawei, multinacional líder em infraestrutura para Tecnologia da Informação e da Comunicação (TIC) e dispositivos inteligentes.

De acordo com o Nature Index, é a primeira vez que pesquisadores de uma empresa chinesa de tecnologia são os únicos autores de um artigo na revista. O texto aborda o desenvolvimento de um sistema global preciso de previsão do tempo com Inteligência Artificial baseada em aprendizado profundo.

O Pangu-Weather é o primeiro modelo de previsão do tempo com IA a demonstrar maior nível de certeza do que os métodos numéricos tradicionais. O modelo permite uma melhoria de 10.000 vezes na velocidade de resposta, reduzindo-a para apenas alguns segundos. O artigo, intitulado “Previsão meteorológica global precisa de médio alcance com redes neurais 3D”, fornece verificações independentes de seus recursos.

O Pangu-Weather desafia as suposições anteriores de que a precisão da previsão do tempo por IA seria inferior às previsões numéricas tradicionais. O modelo desenvolvido pela equipe da Huawei Cloud é o primeiro a mostrar que é possível conseguir dados exatos e rigorosos.

Histórico

Nos últimos 30 anos, houve um rápido desenvolvimento do poder de computação. Com isso, a precisão da previsão numérica do tempo melhorou drasticamente, fornecendo alertas de desastres extremos e previsões de mudanças climáticas. No entanto, o método ainda é relativamente demorado. Durante esse período, a previsão baseada em IA para médio e longo prazo permaneceu inferior à numérica. A IA não conseguia prever climas extremos e incomuns.

Todos os anos, ocorrem cerca de 80 tufões em todo o mundo. Em 2022, somente na China, a perda econômica direta causada foi de cerca de 3,7 bilhões de reais, segundo dados do Ministério de Gerenciamento de Emergências. Quanto mais cedo os avisos podem ser enviados, mais fácil e melhor serão as respostas aos desastres, poupando vidas e reduzindo prejuízos materiais.

Devido à sua velocidade, os modelos de previsão do tempo com IA eram atraentes, mas careciam de exatidão por dois motivos. Primeiro, os modelos de previsão meteorológica de IA existentes eram baseados em redes neurais 2D, que não conseguem processar satisfatoriamente dados meteorológicos 3D desiguais. Em segundo lugar, a previsão do tempo de médio prazo pode sofrer erros cumulativos.

Para melhorar a velocidade de resposta, os pesquisadores da Huawei Cloud exploraram o uso de aprendizado profundo de máquina.

Como o Pangu-Weather aborda esses desafios

Durante os ensaios científicos, o modelo Pangu-Weather demonstrou sua maior velocidade em comparação com os métodos tradicionais numéricos, com um ganho de 10.000 vezes na rapidez. O modelo pode prever,  em segundos, características meteorológicas de granulação fina, como umidade, velocidade do vento, temperatura e pressão ao nível do mar.

O modelo usa a arquitetura 3D Earth-Specific Transformer (3DEST) para processar complexos dados meteorológicos 3D não uniformes. Usando uma estratégia de agregação hierárquica e temporal, o modelo foi treinado para diferentes intervalos de previsão de 1 hora, 3 horas, 6 horas e 24 horas. Isso resultou na diminuição da quantidade de iterações, assim como um menor número de incertezas.

Para treinar o modelo para intervalos de tempo específicos, os pesquisadores usaram 100 épocas (ciclos) com amostras de hora em hora de dados meteorológicos de 1979 a 2021. Cada um dos submodelos resultantes exigiu 16 dias de treinamento em 192 placas gráficas V100. O Pangu-Weather Model agora completa previsões meteorológicas de 24 horas em apenas 1,4 segundos em uma placa gráfica V100.

Tian Qi, cientista-chefe do Huawei Cloud AI Field, membro do IEEE e acadêmico da International Eurasian Academy of Sciences, explicou a opção pela meteorologia: “A previsão do tempo é um dos cenários mais importantes no campo da computação científica devido à sua complexidade. Portanto, estamos muito satisfeitos que nossa pesquisa tenha sido reconhecida pela revista Nature. Modelos de IA podem extrair leis estatísticas da evolução atmosférica a partir de dados massivos. No momento, o Pangu-Weather concluiu principalmente o trabalho do sistema de previsão e sua principal capacidade é calcular a evolução dos estados atmosféricos. Nosso objetivo final é construir uma estrutura de previsão do tempo de próxima geração, usando tecnologias de IA para fortalecer os sistemas existentes”.

Comentando sobre a importância e a qualidade da pesquisa da Huawei Cloud, os revisores da Nature explicaram que o Pangu-Weather não é somente muito fácil de baixar e instalar, mas também é executado rapidamente até mesmo em um PC. Isso significa que qualquer pessoa da comunidade meteorológica pode agora executá-lo e testá-lo conforme desejar. Trata-se de uma grande oportunidade para os cientistas explorarem o quão bem o algoritmo avalia fenômenos específicos. Este trabalho fará com que as pessoas reavaliem como serão os modelos de previsão no futuro.

Em maio de 2023, o tufão Mawar chamou a atenção do mundo como o ciclone tropical mais forte do ano até agora. De acordo com a Administração Meteorológica da China, o Pangu-Weather previu com precisão a trajetória do tufão Mawar cinco dias antes que ele mudasse de curso nas águas orientais das ilhas de Taiwan.

A Huawei é líder global de infraestrutura para Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC) e dispositivos inteligentes, e uma das marcas mais valiosas do mundo, de acordo com a Forbes. A companhia tem como visão enriquecer a vida das pessoas por meio das tecnologias digitais e é dedicada à inovação centrada no cliente. A Huawei possui quatro unidades de negócios no Brasil: o grupo dedicado às operadoras, que oferece equipamentos e infraestrutura de telecomunicações; a área que atende às necessidades do mercado corporativo, fornecendo soluções e infraestrutura em TIC; a Huawei Cloud, com os serviços de nuvem pública e híbrida e soluções para dar escala aos negócios com estabilidade e segurança; e a Huawei Digital Power, com soluções inteligentes voltadas para geração, distribuição e armazenamento de energia fotovoltaica. A empresa também desenvolve projetos na área de soluções automotivas inteligentes e dispositivos para o consumidor final, como smartwatches, roteadores, smartphones e outros. Com mais de 207 mil funcionários em todo o mundo, a companhia atende mais de um terço da população mundial. A Huawei também acredita que a digitalização é o caminho para um mundo mais sustentável e uma economia zero carbono, baseada em fontes renováveis de energia. A Huawei é uma das empresas que mais investe em pesquisa no mundo. É por isso que se tornou uma das maiores detentoras de patentes do globo. Na nova era digital, a indústria de TIC exige ainda mais investimento em pesquisa e desenvolvimento, e a Huawei continuará desempenhando seu papel principal na inovação para construir um mundo totalmente conectado e inteligente. Há 25 anos no país, a Huawei está no Brasil para o Brasil e quer se tornar cada vez mais uma importante parceira na transformação digital e na contribuição com tecnologias sustentáveis para a sociedade brasileira. Além de líder no mercado nacional de banda larga fixa e móvel por meio das parcerias estabelecidas com as principais operadoras de telecomunicações, a Huawei tem um perfil integrado, com soluções para os setores público, privado, financeiro, transporte, mineração e energia, entre outros. A empresa possui escritórios nas cidades de São Paulo, Rio de Janeiro, Brasília, Curitiba e Recife, além de um Centro de Distribuição em Sorocaba (SP) e duas unidades fabris, em Jundiaí (SP) e em Manaus (AM). Trabalha em parceria com brasileiros, impulsionando a inovação e ajudando a desenvolver novos talentos locais para o setor de telecomunicações. Nos últimos 10 anos, treinou mais de 40 mil profissionais em todo o Brasil.

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