불과 1분 만에 10일간의 날씨를 예측할 수 있는 AI 'Graph Cast'를 구글 딥마인드가 발표, 슈퍼컴퓨터(Supercompute)에서 몇 시간 걸었던 예측보다 훨씬 더 정밀

불과 1분 만에 10일간의 날씨를 예측할 수 있는 AI 'Graph Cast'를 구글 딥마인드가 발표, 슈퍼컴퓨터(Supercompute)에서 몇 시간 걸었던 예측보다 훨씬 더 정밀

구글 딥마인드가 기상 예측 AI 'Graph Cast'를 발표했습니다. 10일간의 날씨를 예측할 경우 기존의 기상 예측 시스템에서는 슈퍼컴퓨터(Supercompute)를 몇 시간 가동시켜야 했지만, GraphCast에서는 1대의 머신을 1분 가동시키는 것만으로 기존의 예측 시스템을 뛰어넘는 정확도의 예측이 가능하다고 주장하고 있습니다.

기존의 일기예보 시스템은 기온이나 기압 등의 관측 데이터를 바탕으로 미래의 기상을 계산하는 수치 일기예보(NWP)라고 하는 기법을 이용하고 있습니다. 그러나, 수치 일기예보(NWP)에는 「계산 알고리즘의 구축에는 전문지식이 필요」 「계산을 실행하기 위해서 슈퍼컴퓨터 등의 고비용이 드는 계산 자원이 필요」라고 하는 문제가 있습니다.

구글 딥마인드가 개발한 GraphCast는 유럽중기기상예보센터(ECMWF)가 공개하고 있는 기상관측 데이터 세트 'ERA5'에 있는 지난 40년간의 기상관측 데이터를 학습하고 있으며, 미래 기상 상황을 빠르고 정확하게 예측할 수 있습니다. ECMWF의 고해상도 10일간 대기 예측 모델 'HRES'로 기상을 예측하려면 수백 대의 머신으로 구축된 슈퍼컴퓨터를 몇 시간 동안 가동해야 하는데, GraphCast에서는 구글이 만든 AI 특화 프로세서 'TPU v4'를 1분 가동시키는 것만으로 예측 가능합니다.

GraphCast는 지구를 위도 0.25도 x 경도 0.25도마다 분해하여 기상을 예측 가능합니다. 
GraphCast를 이용해 10일간의 기상을 예측한 데모 영상은 살펴보면

A selection of GraphCast’s predictions rolling across 10 days - YouTube
https://youtu.be/Q6fOlW-Y_Ss?si=OfXa8BTuhdJDa4i7

Google DeepMind가 GraphCast와 HRES의 기상 예측 정확도를 1380개 평가변수로 비교한 결과 90.3%의 변수에서 GraphCast가 더 고정밀한 것으로 나타났다고 합니다. 그리고 기상예측에 중요한 고도 6~20km의 예측으로 한정하면 99.7%의 변수에서 GraphCast가 더 고정밀한 것으로 나타났습니다.

아래 그래프는 GraphCast(파랑선)와 HRES(검은선)에 의한 허리케인 진로 예측 정확도를 나타낸 것으로 가로축이 예측일로부터의 일수, 세로축이 실제 진로와의 차이를 보여줍니다. 그래프를 보면 GraphCast의 진로 예측과 실제 진로의 차이가 작다는 것을 알 수 있습니다.

덧붙여 Google DeepMind는 ECMWF와 협력해 GraphCast를 이용한 10일간 날씨 예측을 열람할 수 있는 데모 페이지를 공개하였습니다.

ECMWF | Charts
https://charts.ecmwf.int/products/graphcast_medium-mslp-wind850

ECMWF | Charts

 

또한 GraphCast 학습에 사용한 코드는 아래 GitHub에 공개되어 있습니다.

GitHub - google-deepmind/graphcast
https://github.com/google-deepmind/graphcast

GitHub - google-deepmind/graphcast

 

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Learning skillful medium-range global weather forecasting | Science
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi2336

GraphCast: AI model for faster and more accurate global weather forecasting - Google DeepMind
https://deepmind.google/discover/blog/graphcast-ai-model-for-faster-and-more-accurate-global-weather-forecasting/

GraphCast: AI model for faster and more accurate global weather forecasting