Tweet
วารสารวิทยาศาสตร์เนเจอร์ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับแบบจำลองผานกู่ เวเธอร์ เอไอ ที่เขียนโดยนักวิจัยของหัวเว่ย คลาวด์
แบบจำลองอุตุนิยมวิทยาดังกล่าวมีประสิทธิภาพที่เหนือกว่า ทั้งในด้านความไวและความแม่นยำ เมื่อเทียบกับการพยากรณ์แบบเดิม
หัวเว่ย คลาวด์ (HUAWEI CLOUD) ประกาศว่า รายงานเกี่ยวกับแบบจำลองสุดล้ำของหัวเว่ย คลาวด์ อย่างผานกู่ เวเธอร์ เอไอ (Pangu Weather AI) ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสารเนเจอร์ (Nature) ซึ่งเป็นหนึ่งในวารสารทางวิทยาศาสตร์ชั้นนำของโลก
ดัชนีเนเจอร์ (Nature Index) ระบุว่า การได้รับการตีพิมพ์ในครั้งนี้ถือเป็นครั้งแรกที่รายงานของกลุ่มพนักงานของบริษัทเทคโนโลยีของจีนล้วน ๆ ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสารดังกล่าว รายงานฉบับนี้อธิบายวิธีการพัฒนาระบบพยากรณ์อากาศทั่วโลกด้วยเอไอที่แม่นยำ โดยอิงจากการเรียนรู้เชิงลึกจากข้อมูลที่สั่งสมมา 43 ปี ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสารฉบับวันที่ 5 กรกฎาคม 2566
ผานกู่ เวเธอร์ เป็นแบบจำลองการพยากรณ์ด้วยเอไอแบบแรก ที่มีความแม่นยำสูงกว่าวิธีการพยากรณ์อากาศด้วยตัวเลขแบบเดิม โดยแบบจำลองนี้พยากรณ์ได้เร็วขึ้น 10,000 เท่า ลดเวลาการพยากรณ์อากาศทั่วโลกเหลือเพียงไม่กี่วินาที ทั้งนี้โดยบทความเรื่อง "การพยากรณ์อากาศระยะกลางอย่างแม่นยำทั่วโลก ด้วยโครงข่ายประสาท 3 มิติ" (Accurate medium-range global weather forecasting with 3D neural networks) ได้อ้างถึงประสิทธิภาพเหล่านี้ จากผลการตรวจสอบอิสระ
ผานกู่ เวเธอร์ ท้าทายสมมติฐานที่เคยมีมา ที่ว่าการพยากรณ์อากาศด้วยเอไอมีความแม่นยำน้อยกว่าการพยากรณ์ด้วยตัวเลขแบบเดิม โดยแบบจำลองที่พัฒนาโดยทีมหัวเว่ย คลาวด์ ถือเป็นแบบจำลองพยากรณ์ด้วยเอไอแบบแรก ที่มีความแม่นยำสูงกว่าวิธีการพยากรณ์ด้วยตัวเลข
การพัฒนาอย่างรวดเร็วของพลังการประมวลผลในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา ทำให้ความแม่นยำของการพยากรณ์อากาศด้วยตัวเลขพัฒนาขึ้นอย่างมาก สามารถแจ้งเตือนภัยพิบัติและทำนายการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศได้ แต่วิธีการนี้ใช้เวลาค่อนข้างนาน ดังนั้นเพื่อปรับปรุงความไวในการพยากรณ์ นักวิจัยจึงพยายามหาวิธีใช้การเรียนรู้เชิงลึก แต่ความแม่นยำของการพยากรณ์ด้วยเอไอในการพยากรณ์ระยะกลางและระยะยาวยังสู้การพยากรณ์ด้วยตัวเลขไม่ได้ เพราะเอไอส่วนใหญ่ยังไม่สามารถคาดเดาสภาพอากาศที่รุนแรงและผิดปกติอย่างไต้ฝุ่นได้
ทุกปีทั่วโลกจะมีไต้ฝุ่นเกิดขึ้นประมาณ 80 ลูก และเฉพาะในจีน ในปี 2565 ความสูญเสียทางเศรษฐกิจโดยตรงที่เกิดจากไต้ฝุ่น ก็สูงถึง 5.42 พันล้านหยวน ตามตัวเลขของกระทรวงการจัดการเหตุฉุกเฉินของจีน ดังนั้นถ้ายิ่งเตือนได้เร็วเท่าไหร่ การเตรียมการที่เหมาะสมก็จะยิ่งง่ายและดีขึ้นเท่านั้น
ความไวทำให้แบบจำลองพยากรณ์อากาศด้วยเอไอมีความน่าสนใจ แต่ก็ยังขาดความแม่นยำด้วยเหตุผลสองประการ หนึ่งก็คือแบบจำลองการพยากรณ์อากาศด้วยเอไอที่มีอยู่นั้นใช้โครงข่ายประสาท 2 มิติ จึงไม่สามารถประมวลผลข้อมูลอุตุนิยมวิทยา 3 มิติที่ไม่สม่ำเสมอได้ดีเท่าใดนัก สองก็คือการพยากรณ์อากาศระยะกลางอาจเผชิญข้อพยากรณ์สะสมผิดพลาด เมื่อเรียกใช้แบบจำลองหลายครั้งเกินไป
ผานกู่ เวเธอร์ จัดการกับความท้าทายเหล่านี้อย่างไร
ระหว่างการทดสอบทางวิทยาศาสตร์ แบบจำลองผานกู่ เวเธอร์ มีความแม่นยำกว่าเมื่อเทียบกับวิธีการทำนายด้วยตัวเลขแบบเดิม ในการพยากรณ์ 1 ชั่วโมง ถึง 7 วันล่วงหน้า และพยากรณ์ได้ไวขึ้น 10,000 เท่า โดยแบบจำลองสามารถพยากรณ์คุณลักษณะทางอุตุนิยมวิทยาแบบละเอียดได้อย่างแม่นยำภายในไม่กี่วินาที ทั้งความชื้น ความเร็วลม อุณหภูมิ และความกดอากาศที่ระดับน้ำทะเล
แบบจำลองดังกล่าวใช้สถาปัตยกรรมทรีดี เอิร์ธ สเปซิฟิก ทรานส์ฟอร์เมอร์ (3D Earth-Specific Transformer หรือ 3DEST) เพื่อประมวลผลข้อมูลอุตุนิยมวิทยา 3 มิติที่ไม่สม่ำเสมอและซับซ้อน แบบจำลองนี้ถูกจับทำแบบฝึกหัดให้พยากรณ์อากาศในช่วงเวลาที่ต่างกัน โดยใช้วิธีรวมข้อมูลเป็นระยะตามลำดับ ตามช่วง 1 ชั่วโมง, 3 ชั่วโมง, 6 ชั่วโมง และ 24 ชั่วโมง ส่งผลให้การวนซ้ำในการพยากรณ์สภาพอากาศ ณ เวลาใดเวลาหนึ่งเกิดขึ้นน้อยลง และลดความผิดพลาดของการพยากรณ์ได้
ในการให้แบบจำลองทำแบบฝึกหัดสำหรับช่วงเวลาที่เฉพาะเจาะจง นักวิจัยได้ออกแบบฝึกหัด 100 ช่วงเวลา (รอบ) โดยใช้ตัวอย่างข้อมูลสภาพอากาศรายชั่วโมง ตั้งแต่ปี 2522-2564 ซึ่งแต่ละแบบจำลองย่อยที่ออกมาต้องผ่านการทำแบบฝึกหัดอยู่ 16 วัน บนกราฟิกการ์ด V100 ถึง 192 ตัว แต่ตอนนี้แบบจำลองผานกู่ เวเธอร์ สามารถพยากรณ์อากาศ 24 ชั่วโมงทั่วโลกได้ภายในเวลาเพียง 1.4 วินาที บนกราฟิกการ์ด V100 แค่ตัวเดียว หรือพัฒนาขึ้นถึง 10,000 เท่า เมื่อเทียบกับการพยากรณ์ด้วยตัวเลขแบบเดิม
ส่วนเหตุผลที่ทีมเอไอของหัวเว่ย คลาวด์ เลือกที่จะมุ่งเน้นไปที่การพยากรณ์อากาศนั้น ดร. เทียน ฉี (Tian Qi) หัวหน้านักวิทยาศาสตร์สายเอไอของหัวเว่ย คลาวด์ ซึ่งเป็นสมาชิกของ IEEE และเป็นนักวิชาการของสถาบันวิทยาศาสตร์ยูเรเชียนนานาชาติ (International Eurasian Academy of Sciences) อธิบายว่า "การพยากรณ์อากาศเป็นสถานการณ์ที่สำคัญที่สุดสถานการณ์หนึ่งของการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ เพราะการพยากรณ์ทางอุตุนิยมวิทยาเป็นระบบที่ซับซ้อนมาก ยากที่จะพยากรณ์ให้ได้อย่างครอบคลุม แม้จะใช้คณิตศาสตร์และความรู้ทางกายภาพทุกด้าน เราจึงยินดีที่งานวิจัยของเราได้รับการยอมรับจากนิตยสารเนเจอร์ โดยแบบจำลองเอไอสามารถดึงสถิติของวิวัฒนาการในชั้นบรรยากาศจากข้อมูลจำนวนมหาศาล และตอนนี้ผานกู่ เวเธอร์ ก็ทำระบบพยากรณ์หลักเสร็จแล้ว โดยสามารถพยากรณ์วิวัฒนาการของสภาวะบรรยากาศ และเป้าหมายสูงสุดของเราก็คือการสร้างกรอบการพยากรณ์อากาศยุคใหม่ โดยใช้เทคโนโลยีเอไอเพื่อเสริมแกร่งให้กับระบบการพยากรณ์ที่มีอยู่"
ผู้ทบทวนของวารสารเนเจอร์ให้ความเห็นเกี่ยวกับความสำคัญและคุณภาพงานวิจัยของหัวเว่ย คลาวด์ว่า ผานกู่ เวเธอร์ ไม่เพียงแต่สามารถดาวน์โหลดและเรียกใช้ได้ง่ายเท่านั้น แต่ยังทำงานได้อย่างรวดเร็วแม้กระทั่งบนคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ ซึ่งหมายความว่าทุกคนในแวดวงอุตุนิยมวิทยา สามารถเรียกใช้และทดสอบแบบจำลองเหล่านี้ได้ตามต้องการ ซึ่งถือเป็นโอกาสที่ดีในการสำรวจว่าแบบจำลองสามารถพยากรณ์ปรากฏการณ์เฉพาะได้ดีเพียงใด และจะช่วยให้เกิดการพัฒนาในสาขานี้ ขณะที่นักวิจารณ์อีกคนชี้ว่าตัวผลลัพธ์เองคือก้าวสำคัญที่เหนือกว่าผลลัพธ์ที่ผ่าน ๆ มา และผลงานนี้จะทำให้ผู้คนได้ประเมินอีกครั้งว่าแบบจำลองการพยากรณ์จะมีลักษณะอย่างไรต่อไปในอนาคต
ในเดือนพฤษภาคม 2566 ไต้ฝุ่นมาวาร์ (Typhoon Mawar) ได้รับความสนใจจากทั่วโลก ในฐานะพายุหมุนเขตร้อนที่แรงที่สุดของปีนับจนถึงขณะนี้ และกรมอุตุนิยมวิทยาของจีนระบุว่า ผานกู่ เวเธอร์ พยากรณ์เส้นทางการเคลื่อนตัวของไต้ฝุ่นมาวาร์ได้อย่างแม่นยำ ตั้งแต่ 5 วันก่อนที่พายุจะเปลี่ยนเส้นทางในน่านน้ำทางตะวันออกของเกาะไต้หวัน
และเพื่อพัฒนาแบบจำลองการพยากรณ์อากาศด้วยเอไออย่างต่อเนื่อง สภาพแวดล้อมคลาวด์ที่เสถียร ชุดเครื่องมือทำงาน และงานบำรุงรักษา (O&M) ที่เกี่ยวข้อง ก็ล้วนเป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน
แบบจำลองอุตุนิยมวิทยาดังกล่าวมีประสิทธิภาพที่เหนือกว่า ทั้งในด้านความไวและความแม่นยำ เมื่อเทียบกับการพยากรณ์แบบเดิม
หัวเว่ย คลาวด์ (HUAWEI CLOUD) ประกาศว่า รายงานเกี่ยวกับแบบจำลองสุดล้ำของหัวเว่ย คลาวด์ อย่างผานกู่ เวเธอร์ เอไอ (Pangu Weather AI) ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสารเนเจอร์ (Nature) ซึ่งเป็นหนึ่งในวารสารทางวิทยาศาสตร์ชั้นนำของโลก
ดัชนีเนเจอร์ (Nature Index) ระบุว่า การได้รับการตีพิมพ์ในครั้งนี้ถือเป็นครั้งแรกที่รายงานของกลุ่มพนักงานของบริษัทเทคโนโลยีของจีนล้วน ๆ ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสารดังกล่าว รายงานฉบับนี้อธิบายวิธีการพัฒนาระบบพยากรณ์อากาศทั่วโลกด้วยเอไอที่แม่นยำ โดยอิงจากการเรียนรู้เชิงลึกจากข้อมูลที่สั่งสมมา 43 ปี ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสารฉบับวันที่ 5 กรกฎาคม 2566
ผานกู่ เวเธอร์ เป็นแบบจำลองการพยากรณ์ด้วยเอไอแบบแรก ที่มีความแม่นยำสูงกว่าวิธีการพยากรณ์อากาศด้วยตัวเลขแบบเดิม โดยแบบจำลองนี้พยากรณ์ได้เร็วขึ้น 10,000 เท่า ลดเวลาการพยากรณ์อากาศทั่วโลกเหลือเพียงไม่กี่วินาที ทั้งนี้โดยบทความเรื่อง "การพยากรณ์อากาศระยะกลางอย่างแม่นยำทั่วโลก ด้วยโครงข่ายประสาท 3 มิติ" (Accurate medium-range global weather forecasting with 3D neural networks) ได้อ้างถึงประสิทธิภาพเหล่านี้ จากผลการตรวจสอบอิสระ
ผานกู่ เวเธอร์ ท้าทายสมมติฐานที่เคยมีมา ที่ว่าการพยากรณ์อากาศด้วยเอไอมีความแม่นยำน้อยกว่าการพยากรณ์ด้วยตัวเลขแบบเดิม โดยแบบจำลองที่พัฒนาโดยทีมหัวเว่ย คลาวด์ ถือเป็นแบบจำลองพยากรณ์ด้วยเอไอแบบแรก ที่มีความแม่นยำสูงกว่าวิธีการพยากรณ์ด้วยตัวเลข
การพัฒนาอย่างรวดเร็วของพลังการประมวลผลในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา ทำให้ความแม่นยำของการพยากรณ์อากาศด้วยตัวเลขพัฒนาขึ้นอย่างมาก สามารถแจ้งเตือนภัยพิบัติและทำนายการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศได้ แต่วิธีการนี้ใช้เวลาค่อนข้างนาน ดังนั้นเพื่อปรับปรุงความไวในการพยากรณ์ นักวิจัยจึงพยายามหาวิธีใช้การเรียนรู้เชิงลึก แต่ความแม่นยำของการพยากรณ์ด้วยเอไอในการพยากรณ์ระยะกลางและระยะยาวยังสู้การพยากรณ์ด้วยตัวเลขไม่ได้ เพราะเอไอส่วนใหญ่ยังไม่สามารถคาดเดาสภาพอากาศที่รุนแรงและผิดปกติอย่างไต้ฝุ่นได้
ทุกปีทั่วโลกจะมีไต้ฝุ่นเกิดขึ้นประมาณ 80 ลูก และเฉพาะในจีน ในปี 2565 ความสูญเสียทางเศรษฐกิจโดยตรงที่เกิดจากไต้ฝุ่น ก็สูงถึง 5.42 พันล้านหยวน ตามตัวเลขของกระทรวงการจัดการเหตุฉุกเฉินของจีน ดังนั้นถ้ายิ่งเตือนได้เร็วเท่าไหร่ การเตรียมการที่เหมาะสมก็จะยิ่งง่ายและดีขึ้นเท่านั้น
ความไวทำให้แบบจำลองพยากรณ์อากาศด้วยเอไอมีความน่าสนใจ แต่ก็ยังขาดความแม่นยำด้วยเหตุผลสองประการ หนึ่งก็คือแบบจำลองการพยากรณ์อากาศด้วยเอไอที่มีอยู่นั้นใช้โครงข่ายประสาท 2 มิติ จึงไม่สามารถประมวลผลข้อมูลอุตุนิยมวิทยา 3 มิติที่ไม่สม่ำเสมอได้ดีเท่าใดนัก สองก็คือการพยากรณ์อากาศระยะกลางอาจเผชิญข้อพยากรณ์สะสมผิดพลาด เมื่อเรียกใช้แบบจำลองหลายครั้งเกินไป
ผานกู่ เวเธอร์ จัดการกับความท้าทายเหล่านี้อย่างไร
ระหว่างการทดสอบทางวิทยาศาสตร์ แบบจำลองผานกู่ เวเธอร์ มีความแม่นยำกว่าเมื่อเทียบกับวิธีการทำนายด้วยตัวเลขแบบเดิม ในการพยากรณ์ 1 ชั่วโมง ถึง 7 วันล่วงหน้า และพยากรณ์ได้ไวขึ้น 10,000 เท่า โดยแบบจำลองสามารถพยากรณ์คุณลักษณะทางอุตุนิยมวิทยาแบบละเอียดได้อย่างแม่นยำภายในไม่กี่วินาที ทั้งความชื้น ความเร็วลม อุณหภูมิ และความกดอากาศที่ระดับน้ำทะเล
แบบจำลองดังกล่าวใช้สถาปัตยกรรมทรีดี เอิร์ธ สเปซิฟิก ทรานส์ฟอร์เมอร์ (3D Earth-Specific Transformer หรือ 3DEST) เพื่อประมวลผลข้อมูลอุตุนิยมวิทยา 3 มิติที่ไม่สม่ำเสมอและซับซ้อน แบบจำลองนี้ถูกจับทำแบบฝึกหัดให้พยากรณ์อากาศในช่วงเวลาที่ต่างกัน โดยใช้วิธีรวมข้อมูลเป็นระยะตามลำดับ ตามช่วง 1 ชั่วโมง, 3 ชั่วโมง, 6 ชั่วโมง และ 24 ชั่วโมง ส่งผลให้การวนซ้ำในการพยากรณ์สภาพอากาศ ณ เวลาใดเวลาหนึ่งเกิดขึ้นน้อยลง และลดความผิดพลาดของการพยากรณ์ได้
ในการให้แบบจำลองทำแบบฝึกหัดสำหรับช่วงเวลาที่เฉพาะเจาะจง นักวิจัยได้ออกแบบฝึกหัด 100 ช่วงเวลา (รอบ) โดยใช้ตัวอย่างข้อมูลสภาพอากาศรายชั่วโมง ตั้งแต่ปี 2522-2564 ซึ่งแต่ละแบบจำลองย่อยที่ออกมาต้องผ่านการทำแบบฝึกหัดอยู่ 16 วัน บนกราฟิกการ์ด V100 ถึง 192 ตัว แต่ตอนนี้แบบจำลองผานกู่ เวเธอร์ สามารถพยากรณ์อากาศ 24 ชั่วโมงทั่วโลกได้ภายในเวลาเพียง 1.4 วินาที บนกราฟิกการ์ด V100 แค่ตัวเดียว หรือพัฒนาขึ้นถึง 10,000 เท่า เมื่อเทียบกับการพยากรณ์ด้วยตัวเลขแบบเดิม
ส่วนเหตุผลที่ทีมเอไอของหัวเว่ย คลาวด์ เลือกที่จะมุ่งเน้นไปที่การพยากรณ์อากาศนั้น ดร. เทียน ฉี (Tian Qi) หัวหน้านักวิทยาศาสตร์สายเอไอของหัวเว่ย คลาวด์ ซึ่งเป็นสมาชิกของ IEEE และเป็นนักวิชาการของสถาบันวิทยาศาสตร์ยูเรเชียนนานาชาติ (International Eurasian Academy of Sciences) อธิบายว่า "การพยากรณ์อากาศเป็นสถานการณ์ที่สำคัญที่สุดสถานการณ์หนึ่งของการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ เพราะการพยากรณ์ทางอุตุนิยมวิทยาเป็นระบบที่ซับซ้อนมาก ยากที่จะพยากรณ์ให้ได้อย่างครอบคลุม แม้จะใช้คณิตศาสตร์และความรู้ทางกายภาพทุกด้าน เราจึงยินดีที่งานวิจัยของเราได้รับการยอมรับจากนิตยสารเนเจอร์ โดยแบบจำลองเอไอสามารถดึงสถิติของวิวัฒนาการในชั้นบรรยากาศจากข้อมูลจำนวนมหาศาล และตอนนี้ผานกู่ เวเธอร์ ก็ทำระบบพยากรณ์หลักเสร็จแล้ว โดยสามารถพยากรณ์วิวัฒนาการของสภาวะบรรยากาศ และเป้าหมายสูงสุดของเราก็คือการสร้างกรอบการพยากรณ์อากาศยุคใหม่ โดยใช้เทคโนโลยีเอไอเพื่อเสริมแกร่งให้กับระบบการพยากรณ์ที่มีอยู่"
ผู้ทบทวนของวารสารเนเจอร์ให้ความเห็นเกี่ยวกับความสำคัญและคุณภาพงานวิจัยของหัวเว่ย คลาวด์ว่า ผานกู่ เวเธอร์ ไม่เพียงแต่สามารถดาวน์โหลดและเรียกใช้ได้ง่ายเท่านั้น แต่ยังทำงานได้อย่างรวดเร็วแม้กระทั่งบนคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ ซึ่งหมายความว่าทุกคนในแวดวงอุตุนิยมวิทยา สามารถเรียกใช้และทดสอบแบบจำลองเหล่านี้ได้ตามต้องการ ซึ่งถือเป็นโอกาสที่ดีในการสำรวจว่าแบบจำลองสามารถพยากรณ์ปรากฏการณ์เฉพาะได้ดีเพียงใด และจะช่วยให้เกิดการพัฒนาในสาขานี้ ขณะที่นักวิจารณ์อีกคนชี้ว่าตัวผลลัพธ์เองคือก้าวสำคัญที่เหนือกว่าผลลัพธ์ที่ผ่าน ๆ มา และผลงานนี้จะทำให้ผู้คนได้ประเมินอีกครั้งว่าแบบจำลองการพยากรณ์จะมีลักษณะอย่างไรต่อไปในอนาคต
ในเดือนพฤษภาคม 2566 ไต้ฝุ่นมาวาร์ (Typhoon Mawar) ได้รับความสนใจจากทั่วโลก ในฐานะพายุหมุนเขตร้อนที่แรงที่สุดของปีนับจนถึงขณะนี้ และกรมอุตุนิยมวิทยาของจีนระบุว่า ผานกู่ เวเธอร์ พยากรณ์เส้นทางการเคลื่อนตัวของไต้ฝุ่นมาวาร์ได้อย่างแม่นยำ ตั้งแต่ 5 วันก่อนที่พายุจะเปลี่ยนเส้นทางในน่านน้ำทางตะวันออกของเกาะไต้หวัน
และเพื่อพัฒนาแบบจำลองการพยากรณ์อากาศด้วยเอไออย่างต่อเนื่อง สภาพแวดล้อมคลาวด์ที่เสถียร ชุดเครื่องมือทำงาน และงานบำรุงรักษา (O&M) ที่เกี่ยวข้อง ก็ล้วนเป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน