Allen AI、地球規模の地理空間推論プラットフォーム「OlmoEarth」を公開
Allen Institute for AI は、地球観測モデルを大規模推論まで運用できるプラットフォーム「OlmoEarth Platform」を発表し、環境分野の組織がインフラ構築なしで衛星データ分析を実現可能にした。
AI深層分析を開く2026年7月29日 02:57
AI深層分析
キーポイント
プラットフォームの目的と背景
多くの環境関連組織には大規模モデルを運用するエンジニアリングチームやインフラがないため、Allen AI は既存の経験を活かして開発ライフサイクル全体を支援するプラットフォームを構築した。
大規模推論における技術的課題
衛星画像は複数のプロバイダーから取得し、投影法や解像度を整合させる必要があり、分散コンピューティングの障害への耐性も求められるため、高度なインフラ設計が不可欠である。
コストと速度の実現
同プラットフォームは大陸規模の領域を約1日で処理可能であり、1平方キロメートルあたりのコストは数セント未満で、大規模推論における効率性を確立した。
タスクに応じたハードウェアの最適化
データ取得と前処理はCPU、推論はGPU、後処理はCPUに割り当てることで、高価なGPUを効率的に活用する。この3段階構成により、大量のI/O処理と計算リソースをそれぞれ最適な環境で実行できる。
大規模推論のための並列化アーキテクチャ
地理領域を独立したウィンドウに分割し、数百から数千のワーカーが同時に処理することで、全体の実行時間を大幅に短縮する。隣接するパティションの重なり部分は後工程で統合され、最終的なラスターに継ぎ目がないように調整される。
重要な引用
We've spent more than a decade operating platforms like Skylight and EarthRanger, software that users around the world rely on every day.
Today, the platform can run inference across continent-scale areas in roughly a day, processing dozens of terabytes of imagery at a cost of fractions of a penny per square kilometer.
Because data acquisition and preparation often dominate an inference job's runtime, assigning that work to GPUs would leave the system's most expensive hardware doing tasks better suited to CPUs.
We recently used this approach to generate a wildfire-risk map covering all of North America. At peak, the run used roughly 19,600 CPUs and 994 GPUs in parallel, with network throughput exceeding 168 GB/s.
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大規模な地理空間推論におけるコストと効率性の壁を下げた実用的なアプローチであり、環境モニタリングの現場でのAI導入を加速させる可能性が高い。特にインフラ構築リソースが限られる組織にとって、即戦力となるプラットフォームとしての価値は極めて高いと言える。
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「The OlmoEarth models」は、約 10TB のマルチモーダル衛星データで事前学習された地球観測用基盤モデルのファミリーです。すでに政府機関や NGO、ミッション志向の組織が、森林伐採の監視、食料安全保障、山火事のリスク評価などの用途に OlmoEarth を活用し始めています。
Ai2 では強力なオープンモデルを訓練・公開するノウハウを持っています。エンジニアリングチームが充実した組織であれば、オープンモデルさえあれば十分です。しかし、環境分野で最もこれらのモデルを活用できる立場にある多くの組織には、データのラベリングからモデルの微調整、大規模推論の実行までを一貫して管理できるインフラやエンジニアリングチームがありません。
私たちは過去 10 年以上にわたり、Skylight や EarthRanger といったプラットフォームを運営してきました。世界中のユーザーが毎日依存するソフトウェアであり、毎日確実に動作することが求められます。その経験から、インパクトを生み出すために必要なことが明確になりました。それは、適切なタイミングと場所でコスト効率よくモデルを実行し、パフォーマンスを監視し、生データを具体的な洞察に変換し、さらにその成果がパートナーが求める結果につながっていることを検証することです。
そこで私たちは、地理空間モデルを微調整や評価から大規模推論までつなぐためのインフラとして、OlmoEarth Platform を構築しました。
この規模での推論には、独自の課題が伴います。衛星画像は複数のプロバイダーから検索・取得する必要があり、投影法や解像度の違いを整合させながら効率的に処理する必要があります。得られた結果は地理的に一貫性のある地図として統合されなければならず、その間も分散コンピューティングシステムで日常的に発生する障害からの復旧が並行して進められます。
現在、このプラットフォームでは大陸規模の領域に対する推論を約1日で実行でき、数十テラバイトの画像データを処理しながら、1平方キロメートルあたりのコストは数分の1セント以下に抑えています。このシステムを開発する過程で直面した一連のエンジニアリング課題は、大規模な地理空間システムの開発に取り組む他のチームも必ず遭遇するものばかりです。本稿では、そうした課題と私たちが導き出した解決策について詳しく解説します。
衛星推論が難しい理由
一般的な機械学習モデルは、数メガバイトのデータを処理して1 秒未満で結果を出力します。例えば、LLM がテキストの段落を処理したり、コンピュータビジョンモデルがスマートフォンの写真を分析したりするケースです。一方、地球観測における推論は全く異なるスケールで行われます。パフォーマンス最大化のためにファウンデーションモデルを微調整する単一のジョブでも、テラバイト単位のデータを移動し、数時間実行されることがあります。
入力データは、広大な地理領域にわたる複数のスペクトルバンドやセンサータイプ、そして時系列ステップにまたがっている可能性があります。データは複数のプロバイダーから取得されることも多く、それぞれが異なる投影法と解像度を使用しています。さらに、雲によって観測値が欠落したり隠れたりしているケースも珍しくありません。
出力自体が地図となるため、すべての予測結果は周囲の領域と同じ投影法および座標グリッドに正確に整合させる必要があります。
データ取得そのものも大きな課題です。推論ジョブでは、モデルを実行する時間よりも画像をダウンロードして準備する時間に多くの時間を費やすことが多く、効率的なデータパイプラインが不可欠となります。これらのパイプラインは、大量の I/O を処理しながら、画像の投影変換やリサンプリングに必要な計算資源も提供できなければなりません。
適切なハードウェアを適切なタスクに
データ取得と準備が推論ジョブの実行時間を支配することが多いため、この作業を GPU に割り当てると、システムで最も高価なハードウェアが本来 CPU が得意とするタスクを担うことになってしまいます。そのため、各ジョブは 3 つのステージに分割し、それぞれを異なるハードウェアプロファイルに最適化して対応します:
データ取得と前処理(CPU、高 I/O)では、画像の取得、再投影、整列、正規化を行い、推論時に高速読み込みが可能な形式で保存します。
推論(GPU)では、モデルの順伝播を実行し、最小限のプロセスを施した出力をストレージに直接書き出します。
後処理(CPU)では、ウィンドウごとの出力をつなぎ合わせ、マスク適用や再スケーリングを行い、Zarr、GeoTIFF、GeoJSON といったユーザーが扱いやすい形式でエクスポートします。
OlmoEarth プラットフォームはこれらの工程を多数のマシンに分散させつつ、GPU の稼働率を最大化します。マルチプロセス対応のデータローダーが各 GPU に継続的にデータを供給し、完了した出力は直接オブジェクトストレージへストリーミングされます。
1 つのリクエストで数百人のワーカー、数千のプロセス
大規模推論ジョブの実行層である「OlmoEarth Run」では、まずジョブの地理範囲を個別の計算インスタンス(ワーカー)に適したサイズのパーティションに分割し、さらにそのパーティションを OlmoEarth モデルが処理する小さなウィンドウに細分化します。各ウィンドウは独立した順伝播で処理できるため、地図上の一部を処理している間に他の部分の待機が発生することはありません。
実際の運用では、州規模の領域であれば約 100 のパーティションに分割され、大陸規模の実行では数千に達することもあります。隣接するパーティションはわずかに重なり合っており、出力を組み立てる際にこの重なり部分を調整することで、最終的なラスターデータに継ぎ目が見えないようにしています。
パーティションが独立しているため、同じ処理ステージを数千の計算インスタンスで同時に実行できます。このアプローチを用いて、北米全域を対象とした山火事リスクマップを生成した際、ピーク時には約 19,600 個の CPU と 994 個の GPU を並列で使用し、ネットワークスループットは 168 GB/s を超えました。この並列処理により、推定で 4,737 時間に及ぶ逐次計算を、実時間約 30.5 時間で完了させました。これは 155 倍の高速化です。
ただし、並列化には限界があります。ワーカー数を増やすとクラウドの利用制限に抵触するため、並列度は各ジョブごとに調整可能なパラメータの一つです。出力解像度を上げれば詳細性は向上しますがデータ量と計算コストが増え、モデルサイズを大きくすれば精度は上がりますが GPU 使用時間が長くなります。また、生画像をキャッシュすることで、同じエリアでの反復実行時の速度が向上する一方、ストレージ容量を消費します。最適な設定は、そのタスクと予算に応じて決まります。
適切なピクセルの検索と取得
地理的な範囲と時間範囲が指定されると、プラットフォームはまずモデルに供給すべき衛星画像シーンを特定する必要があります。これは、異なるカタログやフォーマット、公開遅延を持つ複数のプロバイダー間で、何が、どこで、いつ撮影されたかを把握することを意味します。選択基準もソースによって異なります。Sentinel-2 などの光学画像では、一般的に雲の少ないシーンを優先しますが、合成開口レーダー(SAR)の場合、利用可能な偏波チャネルの方が重要になることがあります。
私たちは可能な限り、パブリックな STAC カタログやオープンスタンダードを活用しています。ただし、大規模な推論ジョブを実行すると、一度に数千件のメタデータクエリが発生し、ESA や Microsoft Planetary Computer が提供する外部の STAC API などが同時に処理できる想定を遥かに超えてしまいます。
これらのサービスを過負荷に陥らせないため、OlmoEarth プラットフォームは独自のメタデータインデックスを維持しており、新しい画像が公開されるたびに更新されます。AWS Open Data を通じてホストされているデータセットについては、新しいシーンごとに SNS 通知を受け取ります。変更ストリームを提供していないプロバイダの場合、数分おきに上位のインデックスをポーリングします。その結果、外部サービスへのリクエストは、大規模な推論ジョブによって突発的に発生するバーストではなく、新規公開のペースに合わせた安定した流れになります。
各インデックスエントリにはシーンメタデータと、基盤となるピクセルが利用可能なすべての場所へのポインタが格納されています。実行時にはプラットフォームが最適なソースを選択し、COG や Zarr などのクラウド最適化フォーマットに対してウィンドウ読み込みを実行します。これにより、特定のパーティションに必要なバイトのみを取得でき、シーン全体をダウンロードする必要はありません。
このインデックスは注釈ツールにも対応しています。Sentinel-1、Sentinel-2、Landsat、NISAR の画像がクラウド最適化フォーマットで保持されており、それぞれにポインタが張られているため、個別の取り込みパイプラインを構築することなく、同じウィンドウ読み込みシステムを通じてインデックスされたシーンからタイルを提供できます。
このワークフローを最も円滑に実現したプロバイダーには、地球観測データの公開におけるベストプラクティスとして推奨できる3 つの共通点がありました。それは、新しい画像が利用可能になった際にキューベースで通知を行う仕組み、専用レート制限や可用性のボトルネックがない主要クラウドプラットフォームへのストレージ、そして範囲読み取りをサポートするクラウド最適化フォーマットの採用です。
スケールにおける障害対応
OlmoEarth Platform は、障害から自動的に回復するように設計されています。各ステージと地理的パーティション内のタスクごとに、ランナー Docker コンテナを実行する仮想マシンを動的にプロビジョニングします。ランナーはタスクパラメータを取得して処理を実行し、結果を返した後にシャットダウンします。すべてのタスクが再入力でかつ冪等性を持つため、一時的な障害も安全に再実行することで対処できます。
この規模では障害は想定内の出来事です。プロバイダーの応答が遅れる、一時的に利用不可になる、メタデータには画像が存在すると表示されるものの必要なバンドやウィンドウが欠落している、雲に覆われて利用可能な観測データが不足する、あるいはタスク自体がクラッシュするといったケースが発生します。プラットフォームは、タスクの追跡機能、自動リトライ、代替プロバイダーへのフォールバック(利用可能な場合)、そして再試行可能なエラーと致命的なエラーを明確に区別することで対応します。また、スタックしたまたは停止したランナーを検知してそのタスクを再起動する監視プロセスも別に用意されています。
今後の展望
今後のロードマップは、パートナーが指摘した課題や彼らが最も必要とする機能によって形作られています。現在取り組んでいる主な領域は以下の通りです:
モデルの自動化実行
関心のある地域で新しい映像が検出されたタイミングや、事前にスケジュールを設定することで推論ジョブを自動起動できます。
変化検知とアラート通知
監視対象の景観に変化が生じた際にユーザーへ通知します。これにより、森林伐採や洪水などの事象は、手動で探して確認する必要のあるラスタデータとして残るのではなく、即座にアラートとして表面化します。
自律型ツールとインターフェース
エージェントが地理空間モデルの利用ハードルを下げます。データの選別や特徴量の設計から、微調整済みモデルの改善方法の特定まで、あらゆる工程をサポートします。技術レベルに関わらず、従来は熟練した ML 研究者でなければできなかった作業を、誰でも実行できるようにすることが目標です。
高速化されたモデル
研究チームと協力し、ウィンドウあたりの GPU 使用時間を削減するより効率的なアーキテクチャを開発します。
多様なモダリティの追加
OlmoEarth モデルおよびそれを支える映像インデックスに、新たな衛星センサーやデータソースを追加していきます。現在は気象データ(ERA-5)の取り込みと、環境要因をより詳細に捉える衛星データの統合に注力しています。
埋め込みベクトル(Embeddings)
専用の埋め込みモデルを開発し、グローバルスケールで事前計算を行います。多くのタスクにおいて、生映像全体に対して推論を実行する代わりに、これらの埋め込みベクトルを利用することで処理を代替できます。これにより、ワークロードの大幅な高速化とコスト削減が可能になります。難易度の高いタスクでは微調整や直接推論が最高性能のために重要ですが、埋め込み技術を活用することで、より広範で効率的なアプリケーションの展開が開けます。
どこでも実行可能。OlmoEarth Run では、Docker イメージを実行できる仮想マシンと、オブジェクトストレージへのアクセス権限があれば十分です。現在は Google Cloud で運用していますが、アーキテクチャは複数のクラウドや、パートナーのアカウント内・計算環境内での展開にも対応するように設計されています。
これは始まりに過ぎません。地理空間基盤モデル、特にその実用化はまだ発展途上の技術であり、これらを最も活用できる立場にある組織——自然保護、食料安全保障、災害対応、気候変動対策に取り組む団体など——は、これまでこのようなインフラに触れる機会がありませんでした。これらのチームが地球について理解するために必要なことと、予算や技術リソースで実際に実行可能なことの間に、依然として大きな隔たりが存在しています。
私たちはその格差を埋めるために OlmoEarth を構築しています。
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原文を表示
The OlmoEarth models are our family of Earth observation foundation models, pretrained on roughly 10 terabytes of multimodal satellite data. Governments, NGOs, and other mission-driven organizations are already adapting OlmoEarth for applications including deforestation monitoring, food security, and wildfire risk.
At Ai2, we know how to train and release powerful open models, and for organizations with strong engineering teams, an open model is all they need to run with. But most organizations in the environmental space – the ones best placed to apply these models – don't have the infrastructure or engineering teams that can manage the full lifecycle: labeling data, fine-tuning models, and running large-scale inference. We’ve spent more than a decade operating platforms like Skylight and EarthRanger, software that users around the world rely on every day, so it has to work every day. That experience taught us what delivering impact takes: running models cost-effectively at the right time and place, monitoring performance, turning raw outputs into actionable insights, and verifying those outputs drive the outcomes partners want.
That’s why we built the OlmoEarth Platform: infrastructure for taking geospatial models from fine-tuning and evaluation to large-scale inference.
Inference at this scale presents its own set of challenges. Satellite imagery must be found and accessed across multiple providers, aligned across projections and resolutions, and processed efficiently. Results then have to be stitched into geographically consistent maps while the infrastructure recovers from the routine failures of distributed computing.
Today, the platform can run inference across continent-scale areas in roughly a day, processing dozens of terabytes of imagery at a cost of fractions of a penny per square kilometer. Developing it meant confronting a series of engineering challenges that others working on large-scale geospatial systems are likely to encounter as well. This post walks through those challenges and the solutions we arrived at.
Why satellite inference is challenging
Most ML models take in a few megabytes of data and produce a result in under a second—think LLMs processing a paragraph of text or computer vision models analyzing a photo from a smartphone. Earth observation inference operates at a very different scale—a single job fine-tuning a foundation model for maximum performance can move terabytes of data and run for hours. The inputs may span multiple spectral bands, sensor types, and time steps across a large geographic area. They can come from several providers, each using different projections and resolutions, and may include observations that are missing or obscured by clouds. The output is itself a map, so every prediction must remain precisely aligned with the same projection and coordinate grid as the areas around it.
Even acquiring the data can be a major challenge. Prediction jobs often spend more time downloading and preparing imagery than running the model itself, making efficient data pipelines critical. Those pipelines must handle high-volume I/O while providing the compute needed to reproject and resample imagery.
The right hardware for the right task
Because data acquisition and preparation often dominate an inference job’s runtime, assigning that work to GPUs would leave the system’s most expensive hardware doing tasks better suited to CPUs. We therefore divide each job into three stages, each matched to a distinct hardware profile:
- Data acquisition and preprocessing (CPU, high I/O): Fetch, reproject, align, and normalize imagery, then write it in a format optimized for fast loading during inference.
- Inference (GPU): Run the model’s forward pass and write minimally processed outputs directly to storage.
- Postprocessing (CPU): Stitch the per-window outputs together, apply masks or rescaling, and export them in user-friendly formats such as Zarr, GeoTIFF, or GeoJSON.
The OlmoEarth Platform distributes these stages across many machines while keeping GPUs fully utilized. Multiprocess data loaders continuously feed each GPU, while completed outputs stream directly to blob storage.
One request, hundreds of workers, and thousands of processes
OlmoEarth Run, the platform’s execution layer for large-scale inference jobs, divides the geographic region covered by each job into partitions sized for individual compute instances (workers), then subdivides those partitions into smaller windows that the OlmoEarth models process. Because each window can be handled independently in a separate forward pass, work on one part of the map does not need to wait for another.
In practice, a state-sized area might become a hundred or so partitions, while a continent-scale run can become thousands. Adjacent partitions overlap slightly, and we reconcile that overlap when the outputs are assembled so no seam appears in the final raster.
Because the partitions are independent, the same stage can run across thousands of compute instances at once. We recently used this approach to generate a wildfire-risk map covering all of North America. At peak, the run used roughly 19,600 CPUs and 994 GPUs in parallel, with network throughput exceeding 168 GB/s. That level of parallelism reduced an estimated 4,737 hours of serial compute to about 30.5 hours of wall-clock time—a 155× speedup.
Fan-out is not unbounded, though. More workers push against cloud quotas, so parallelism is a per-run knob, one of several that we can adjust on individual jobs. Output resolution trades data volume and compute for detail; model size trades GPU time for accuracy; caching raw imagery trades storage for speed across repeated runs over the same area. The right setting depends on the task – and budget – at hand.
Finding and fetching the right pixels
Given a geographic region and time range, the platform first has to determine which satellite scenes should feed the model. That means identifying what was captured, where, and when across providers with different catalogs, formats, and publication delays. The selection criteria also depend on the source: for optical imagery such as Sentinel-2, we generally want the least-cloudy scenes available, while for synthetic aperture radar, the available polarization channels may matter more.
We rely on public STAC catalogs and open standards wherever possible. But a large inference job can generate thousands of metadata queries at once—far more than external services such as ESA’s or Microsoft Planetary Computer’s STAC APIs are designed to handle concurrently.
To avoid overwhelming those services, the OlmoEarth Platform maintains its own metadata index, updated as new imagery is published. For datasets hosted through AWS Open Data, we receive an SNS notification for each new scene. When a provider does not offer a change stream, we poll its upstream index every few minutes. As a result, our requests to external services follow the steady pace of new publications rather than the sudden burst generated by a large inference job.
Each index entry stores scene metadata along with pointers to every location where the underlying pixels are available. At runtime, the platform selects the best source and performs windowed reads against cloud-optimized formats such as COG or Zarr, retrieving only the bytes needed for a given partition rather than downloading entire scenes.
The index also supports our annotation tools. Because it maintains pointers to Sentinel-1, Sentinel-2, Landsat, and NISAR imagery in cloud-optimized formats, we can serve tiles from any indexed scene through the same windowed-read system, without building a separate ingestion pipeline.
The providers that made this workflow easiest shared three characteristics that we would recommend as best practices for publishing Earth observation data: queue-based notifications when new imagery becomes available, storage on major cloud platforms without bespoke rate limits or availability bottlenecks, and cloud-optimized formats that support ranged reads.
Handling failure at scale
The OlmoEarth Platform is designed to recover from failures automatically. For each task within a stage and geographic partition, it dynamically provisions a virtual machine running our runner Docker container. The runner retrieves the task parameters, executes the work, returns the result, and shuts down. Because every task is reentrant and idempotent, intermittent failures can be handled safely by rerunning it.
At this scale, failures are expected: a provider may be slow or briefly unavailable; metadata may indicate that imagery exists even when a required band or window is missing; cloud cover may leave too few usable observations; or a task may crash outright. The platform responds with task tracking, automatic retries, fallback to alternate providers when available, and clear distinctions between retryable and fatal errors. A separate monitoring process detects runners that have stalled or stopped and restarts their tasks.
Where we're headed
Our roadmap is shaped by the gaps our partners have identified and the capabilities they need most. Among the areas we are working on:
- Automated model runs. Schedule inference jobs in advance or trigger them whenever the imagery index registers a new scene over an area of interest.
- Change detection and alerts. Notify users when the landscapes they monitor change, so events such as deforestation or flooding surface as alerts rather than rasters someone has to find and inspect manually.
- Agentic tools and interfaces. Agents can lower the barrier to using geospatial models, from data curation and feature engineering to identifying ways to improve a fine-tuned model. We want users at any technical level to do work that previously required an experienced ML researcher.
- Faster models. Work with our research team on more efficient architectures that reduce GPU time per window.
- More modalities. Add new satellite sensors and data sources to both the OlmoEarth models and the imagery index that supports them. We’re currently focused on incorporating weather data (ERA-5) and satellites that provide more detail on environmental factors.
- Embeddings. Develop a dedicated embedding model and precompute embeddings at global scale. For many tasks, running inference against those embeddings could replace a full forward pass over raw imagery, making workloads substantially faster and less expensive. Fine-tuning and direct inference will remain important for maximum performance on challenging tasks, but embeddings could open up a much broader range of efficient applications.
- Run anywhere. OlmoEarth Run requires only virtual machines capable of running a Docker image and access to blob storage. We currently operate it on Google Cloud, but the architecture is designed to support multiple clouds and deployments within a partner’s own account and compute environment.
This is only the beginning. Geospatial foundation models, and especially operationalizing them, are still an emerging technology, and many of the organizations best positioned to use them – those working in conservation, food security, disaster response, and climate – have never had access to infrastructure like this. The gap between what these teams need to understand about the planet and what their budgets and technical resources allow them to do remains wide.
We are building OlmoEarth to help close it.
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AI算出
主要ニュースainew評価高い
Allen AI が地球規模の地理空間推論を可能にする基盤モデルおよびインフラプラットフォームを新規に公開した事実であり、具体的な技術的課題(データ取得、ハードウェア最適化など)と解決策が詳述されているため、新規性と関連性は高い。ただし、日本固有の導入事例や規制情報は含まれていないため、日本の関連性は低めとなる。
6つの評価軸を見る
- AI関連度
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- 新規性
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