英伟达希望在 Omniverse 中创建地球的数字孪生体的目的是什么？
英伟达在 Omniverse 中构建地球数字孪生体的宏大愿景，远不止是简单地复刻我们所居住的这个星球。这是一个旨在解锁无限可能、推动科学研究、优化城市管理、加速产业发展乃至应对全球性挑战的战略性举措。用更通俗的话说，他们是想创造一个活的、可互动的、超乎想象的地球“模拟器”，让我们可以以全新的方式观察、理解和改变这个世界。
首先，我们得明白，英伟达的 Omniverse 本身就是一个强大的协作平台，它允许不同来源的3D内容和仿真数据进行无缝集成和实时交互。将地球作为其核心构建对象，意味着他们希望将物理世界的方方面面都映射到这个数字空间中。这包括了地理信息、气候数据、天气模式、交通流量、城市规划、基础设施、工业生产、甚至人类活动和自然现象。
那么，他们为什么要做这件事呢？背后有几个核心的驱动力和目标：
1. 推动科学研究和气候建模的革命：
想象一下，我们可以以毫秒级的精度模拟整个地球的气候变化。英伟达的目标是构建一个比现有任何模型都更复杂、更精确的地球数字孪生体，用来运行高度逼真的气候模拟。这不仅仅是预测未来几天的天气，而是能够精细到模拟特定区域在未来数十年甚至上百年内的气候变化轨迹。科学家们可以在这个数字孪生体中测试各种减排策略的有效性，评估不同气候干预措施的影响，找到应对极端天气事件的最佳方案。比如，他们可以模拟某个地区在海平面上升后的实际影响，以及如何最优地建造防洪设施。这种级别的模拟将极大地加速我们对地球系统的理解，并为制定更有效的环保政策提供坚实的数据基础。
2. 优化城市规划和管理：
现代城市是一个极其复杂的系统，交通拥堵、能源消耗、环境污染等问题日益突出。英伟达希望通过地球数字孪生体，为城市管理者提供一个前所未有的工具。他们可以在数字孪生体中构建城市的精确模型，模拟不同交通流量下的最优信号灯配时，测试新建建筑对城市微气候的影响，预警潜在的洪涝风险，甚至优化公共资源的分配。例如，当政府计划修建一条新的地铁线时，他们可以在数字孪生体中模拟这条线路对周边交通流量、居民通勤时间和城市经济活动的影响，提前发现潜在的问题并进行调整，从而避免实际建设中的巨大损失和低效。这是一种“先试后建”的超级体验。
3. 加速工业仿真和流程优化：
地球的数字孪生体不仅仅是关于宏观的，它也能够深入到微观的工业层面。许多重工业，如能源生产、制造业、物流运输等，都可以从中获益。例如，一家能源公司可以在数字孪生体中模拟其在全球范围内的能源生产和分配网络，优化发电厂的运行效率，预测设备故障并提前维护，甚至模拟在极端天气下供应链的韧性。一个物流公司可以模拟其全球配送网络的每一个环节，找到最省时省力的运输路线，降低碳排放。这种高度集成的仿真能力，可以帮助企业在实际运营前发现并解决问题，大大降低成本，提高效率和安全性。
4. 应对全球性挑战，促进可持续发展：
气候变化、自然灾害、资源短缺是全人类面临的严峻挑战。英伟达构建地球数字孪生体的最终目的，也是为了提供一个强大的平台来分析和应对这些挑战。通过模拟全球范围内的资源分布、环境变化和灾害发生概率，决策者可以更有效地规划应对策略，比如在全球范围内优化粮食生产和分配，预测并减轻自然灾害的破坏，或者设计更具弹性的基础设施。这就像拥有了一个可以预演和排练地球“危机应对方案”的平台。
5. 创造一个全新的创作和协作空间：
从更广泛的层面来看，Omniverse 的地球数字孪生体也是一个开放的、可扩展的平台，任何人都可以加入进来，贡献自己的数据和模拟。这包括科学家、工程师、城市规划师、艺术家、甚至普通大众。你可以用它来创建虚拟的旅游体验，也可以用来模拟你在家门口种树对当地生态系统的影响。它将打破不同领域之间的壁垒，促进跨学科的合作和创新的涌现。
总而言之，英伟达在 Omniverse 中构建地球数字孪生体的目的，是希望利用其强大的图形处理和仿真技术，创造一个能够模拟、分析和优化物理世界一切的超级数字平台。这不仅是一项技术上的突破，更是一项关乎我们未来发展方向的战略性投资。它为我们理解和改变我们赖以生存的地球，提供了前所未有的可能性。
首先，我们得明白，英伟达的 Omniverse 本身就是一个强大的协作平台，它允许不同来源的3D内容和仿真数据进行无缝集成和实时交互。将地球作为其核心构建对象，意味着他们希望将物理世界的方方面面都映射到这个数字空间中。这包括了地理信息、气候数据、天气模式、交通流量、城市规划、基础设施、工业生产、甚至人类活动和自然现象。
那么，他们为什么要做这件事呢？背后有几个核心的驱动力和目标：
1. 推动科学研究和气候建模的革命：
想象一下，我们可以以毫秒级的精度模拟整个地球的气候变化。英伟达的目标是构建一个比现有任何模型都更复杂、更精确的地球数字孪生体，用来运行高度逼真的气候模拟。这不仅仅是预测未来几天的天气，而是能够精细到模拟特定区域在未来数十年甚至上百年内的气候变化轨迹。科学家们可以在这个数字孪生体中测试各种减排策略的有效性，评估不同气候干预措施的影响，找到应对极端天气事件的最佳方案。比如，他们可以模拟某个地区在海平面上升后的实际影响，以及如何最优地建造防洪设施。这种级别的模拟将极大地加速我们对地球系统的理解，并为制定更有效的环保政策提供坚实的数据基础。
2. 优化城市规划和管理：
现代城市是一个极其复杂的系统，交通拥堵、能源消耗、环境污染等问题日益突出。英伟达希望通过地球数字孪生体，为城市管理者提供一个前所未有的工具。他们可以在数字孪生体中构建城市的精确模型，模拟不同交通流量下的最优信号灯配时，测试新建建筑对城市微气候的影响，预警潜在的洪涝风险，甚至优化公共资源的分配。例如，当政府计划修建一条新的地铁线时，他们可以在数字孪生体中模拟这条线路对周边交通流量、居民通勤时间和城市经济活动的影响，提前发现潜在的问题并进行调整，从而避免实际建设中的巨大损失和低效。这是一种“先试后建”的超级体验。
3. 加速工业仿真和流程优化：
地球的数字孪生体不仅仅是关于宏观的，它也能够深入到微观的工业层面。许多重工业，如能源生产、制造业、物流运输等，都可以从中获益。例如，一家能源公司可以在数字孪生体中模拟其在全球范围内的能源生产和分配网络，优化发电厂的运行效率，预测设备故障并提前维护，甚至模拟在极端天气下供应链的韧性。一个物流公司可以模拟其全球配送网络的每一个环节，找到最省时省力的运输路线，降低碳排放。这种高度集成的仿真能力，可以帮助企业在实际运营前发现并解决问题，大大降低成本，提高效率和安全性。
4. 应对全球性挑战，促进可持续发展：
气候变化、自然灾害、资源短缺是全人类面临的严峻挑战。英伟达构建地球数字孪生体的最终目的，也是为了提供一个强大的平台来分析和应对这些挑战。通过模拟全球范围内的资源分布、环境变化和灾害发生概率，决策者可以更有效地规划应对策略，比如在全球范围内优化粮食生产和分配，预测并减轻自然灾害的破坏，或者设计更具弹性的基础设施。这就像拥有了一个可以预演和排练地球“危机应对方案”的平台。
5. 创造一个全新的创作和协作空间：
从更广泛的层面来看，Omniverse 的地球数字孪生体也是一个开放的、可扩展的平台，任何人都可以加入进来，贡献自己的数据和模拟。这包括科学家、工程师、城市规划师、艺术家、甚至普通大众。你可以用它来创建虚拟的旅游体验，也可以用来模拟你在家门口种树对当地生态系统的影响。它将打破不同领域之间的壁垒，促进跨学科的合作和创新的涌现。
总而言之，英伟达在 Omniverse 中构建地球数字孪生体的目的，是希望利用其强大的图形处理和仿真技术，创造一个能够模拟、分析和优化物理世界一切的超级数字平台。这不仅是一项技术上的突破，更是一项关乎我们未来发展方向的战略性投资。它为我们理解和改变我们赖以生存的地球，提供了前所未有的可能性。
网友意见
NVIDIA创始人兼首席执行官黄仁勋曾经分享他对NVIDIA超级计算机Earth-2的展望。
“地球不会像人们所看到的那样只有一种外在形式，将会有数以百万计的世界存在形式和数以百万计的替代宇宙。这会由人类构建一部分，但更多的世界将由AI构建。这些Omniverse世界中的一部分将模拟我们自己的世界，这就是数字孪生；有些世界将与我们自己的世界完全不同。有些将是临时性的世界，就像超级计算机上的临时存储器一样，将来会出现临时的Omniverse世界，而我们正在研究一个更持久的世界。”
“所有这些世界都将由AI计算系统驱动并进行处理，该系统能够处理它所需要的信息，包括视觉信息、传感器信息、物理信息和自动化智能。”
“NVIDIA将建造的第一个真正致力于构建Omniverse世界的计算机是Earth-2，它将是一个非常庞大的超级计算机，主要用于模拟气候。它将帮助我们预测未来气候变化，使用了更好的系统来测试风险规避战略和早期预警系统的采用。鉴于此，我们希望它尽可能的区域化。正如你所知，平均温度上升1.5度非常令人震惊，但我们并不直接感受平均温度的变化，而是通过飓风、龙卷风、充满破坏力的风暴和洪水等经历来切身体会。因此，我们要做的是为地球创建一个持续运行的模拟引擎。”
“众多的Omniverse引擎正在模拟各种各样的替代宇宙，这也是它为什么如此有趣、如此令人兴奋的原因。最让我振奋的是，它具有实实在在的强大能力能够帮助我们解决问题。通过模拟，我们可以预测未来，并在未来到来之前看到它的样子。”
“Earth-2能够体现数字孪生最具体、最强大的优势。你可以在NVIDIA称之为Omniverse的虚拟世界中，将同样的概念应用于工厂，应用于互相连接的自动驾驶车队。有了机器人的数字孪生后，你可以使用它来设计工厂和机器人，在操作和改进的过程中“教”机器人如何成为好的机器人。你可以在这些虚拟世界中优化它们，然后把它们带到现实世界中。这就是Omniverse的意义所在。”
“我们对未来数据中心的愿景是：数据中心是一个计算引擎，能够处理规模巨大的应用，并结合了物理模拟、AI、计算机图形等技术。在大家关注这种数据中心并思考谁最擅长建造这种数据中心时，想到的就是我们。而且这也是GPU能够作为Omniverse的完美引擎的原因——你必须处理超大规模的物理、AI和计算机图形工作。”——NVIDIA创始人兼首席执行官黄仁勋
正如他所说：“通过模拟，我们可以预测未来，并在未来到来之前看到它的样子。”
Earth-2 超级计算机
NVIDIA 正致力于打造全球最强大的人工智能超级计算机，专门用来预测气候变化。该系统名为 Earth-2 或 E-2，它将在 NVIDIA Omniverse™ 中创造一个地球的数字孪生。
通过结合 GPU 加速计算、深度学习和内嵌物理信息的神经网络的突破以及人工智能超级计算机三大技术，再加上大量可供学习的观测和模型数据，我们可以实现百万倍的加速。
有了超分辨率技术，我们或许就能实现超分辨率气候建模所需的10亿倍量级的飞跃。国家、城市和村镇可以获得预警，提前应对并提高基础设施的抵御能力。有了更准确的预测，人们和国家也会更迫切地采取行动。
用于科学计算的数字孪生平台
而在今年的 GTC 22 上，NVIDIA 发布用于科学计算的数字孪生平台，该平台可加速物理学机器学习模型，以超过以往数千倍的速度解决百万倍规模的科学和工程问题。这个用于科学计算的加速数字孪生平台由用于开发物理学机器学习神经网络模型的 NVIDIA Modulus AI 框架以及 NVIDIA Omniverse™ 3D 虚拟世界模拟平台组成。
该平台可以实时创建基于物理信息的交互式 AI 模拟以精确反映真实世界，使计算流体动力学等模拟的速度比传统工程模拟和设计优化工作流程方法加快 1 万倍。与以前的 AI 模型相比，研究者能够以更高的速度和精度对复杂的系统进行建模，例如极端天气事件等。
NVIDIA Modulus 和 Omniverse
NVIDIA Modulus 将数据和物理学考虑在内，以训练一个神经网络，为数字孪生创建 AI 代理模型。该代理模型可以实时推理新的系统行为，实现动态、迭代的工作流程，并且在与 Omniverse 集成后可以实现可视化和实时交互式探索。
Modulus 的最新版本使用傅里叶神经算子进行数据驱动型训练，该框架使 AI 能够同时解决相关的偏微分方程，还能将机器学习模型与天气和气候数据相结合，例如欧洲中期天气预报中心的 ERA5 数据集。
实时虚拟世界模拟和 3D 设计协作平台 NVIDIA Omniverse 对 Modulus 的功能进行了补充，该平台能够使用 Modulus 的输出代理模型实现对数字孪生的实时可视化和交互式探索。
NVIDIA FourCastNet
傅立叶神经算子和 transformer 支持 NVIDIA FourCastNet 物理学机器学习模型，该模型使用 10TB Earth 系统数据训练而成。作为实现 Earth-2（NVIDIA 首席执行官黄仁勋已宣布将使用该系统在 Omniverse 中创建地球的数字孪生）的步骤之一，FourCastNet 能够模拟并预测飓风和大气流等极端天气事件的发展和风险，不但具有更高的置信度，而且速度最高可加快 45000 倍。
作为 Earth-2 的核心，NVIDIA FourCastNet 通过更快、更精确地模拟全球天气的物理学和动力学，推动地球数字孪生的开发。
NVIDIA FourCastNet模拟全球天 https://www.zhihu.com/video/1495037801234509824类似的话题
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