MITgcm在“神威蓝光”上的运行和加速评估

MITgcm在“神威蓝光”上的运行和加速评估摘要: 海洋数值模拟具有计算量大，IO读写量大，并行可扩展性好等特点，对并行计算有强烈的需求. . 国家超级计算机济南中心的“神威蓝光”超级计算机是全国第一台生产的千万亿次超级计算机，并且已经在CPU，文件系统，操作系统和编译环境方面进行了完全本地化. 本文主要介绍“神威蓝光”上大气和海洋模型MITgcm的并行运行和加速评估. 结果表明，MITgcm在全国生产环境中具有良好的可扩展性和并行效率，并为“神威蓝光”上的其他应用程序提供了经验教训. 关键字: MITgcm，神威蓝光全国平行生产. 随着半导体集成电路的飞速发展，计算机处理器的性能越来越高. 电脑. 近年来，国产处理器取得了长足的进步，特别值得一提的是，国家超级计算济南中心的“神威蓝光”超级计算机采用国产的神威1600多核通用处理器，并在稳步提供性能计算服务. “神威蓝光”的应用范围涵盖海洋科学与工业，药物筛选，气候与气象，生物信息学，物理学，化学，材料，工业设计等领域. 其中，海洋科学是“神威蓝光”支持的主要方向之一.

1“神威蓝光”概述“神威蓝光”建设的成功标志着中国已经成为继美国和日本之后采用自主处理器来构建petaflop超级计算机系统的第三个国家[1 ]. “神威蓝光”超级计算机系统由8704个神威-1600 CPU组成，每个CPU具有16个内核，计算能力为128GFlps. 经国家权威机构测试，系统峰值性能达到1.07PFlops（PetaFlops，petaflops /秒），连续性能为0.796PFlops，LINPACK效率为74.4％，性能功耗比超过741MFlops / W（百万次浮点）操作/秒·瓦），包装密度和性能功耗均高于世界先进水平. 支持本地化硬件的软件系统包括“神威瑞思”家用并行操作系统，海量并行文件系统，“神威瑞芝”并行编译器和并行数学库. 该系统的综合水平处于当今世界的最前沿，它完美地实现了该国大型关键信息基础架构核心技术的“独立且可控制”的目标. [2] 2 MITgcm的运行和加速度评估MITgcm（MIT通用循环模型）是麻省理工学院开发的大气和海洋数值模型. 该模型支持非静态近似条件下的数值模拟，并且可以模拟各种规模的海洋和大气过程. 目前，它已广泛用于海洋领域，例如Ravela等. [3]在实验室规模中使用它. A. Khazendar等人的数值模拟. [4]将其应用于托滕冰架的研究，Guo等. [5]将其应用于南海孤立波的数值研究，Parmentier等. [6]甚至将该模型应用于木星大气研究.

2.1模式操作是指使用最佳串行算法在一个处理器上解决相同大小的问题所需的时间，以及在使用并行算法的P个处理器上解决相同大小的问题所需的时间，这是理论上的加速. [8]本文基于MITgcm，建立了p加速效率（4）根据实验结果和以上公式，得出下表所示的结果: 根据表1，计算时间和加速度的图表画出正压潮试验的比例，横坐标为工序数，以2为对数坐标. 左边的纵坐标是运行时间，以秒为单位；右边的纵坐标是加速比. 从表1和图1可以看出，当铁芯总数少于6000时，铁芯数量的增加可以带来更好的加速度. 但是它受到模型规模的限制（在6000个核中，每个网格仅负责大约40×50个水平网格），当核数超过6000时，计算时间会随核数的增加而增加. 当诸如并行通信之类的额外开销（如通信）增加的时间超过了运行时间的减少时，就会发生这种情况. 对于此示例，大约6000个内核的计算规模是实际应用中最大的可选规模. 3结束语以上实验显示了10,000g级别的“神威蓝光”超级计算机上MITgcm模式的运行和加速. 可以看出，该模式在6000个内核之前具有良好的加速性能，并且主题具有良好的可伸缩性.

但是随着并行比例的不断增加，该程序将不会总是加速. 在加速比图表上，这表明加速比的曲线随进程数的变化而具有拐点. 该拐点对并行计算的实际应用具有非常重要的指导意义: 在实际操作中，应根据加速比曲线的拐点，时间和资源消耗，选择适当数量的并行处理进行计算. 计算示例不建议盲目地扩大计算范围. 此外，模型的加速比曲线将随网格数量和相关参数（例如I / O设置）而变化. 即使模型具有相同数量的网格，也会使用不同的参数设置（例如，非静态逼近和方程求解）. 迭代次数等）也会影响加速比曲线. 对于需要重复运行的任务（例如用于运行预测的模型）和需要长时间运行的任务神威蓝光计算机，在正式运行之前通过试运行评估加速比对于提高资源利用率具有重要意义. . 4致谢感谢中国海洋大学的迟乐全和龚彦坤在实验中的支持和协助. 参考文献[1]赵秋丽，李志臣. “神威蓝光”彰显自主创新实力[N]. 光明日报，2011-10-28（1）. [2]和S.Stransky（2009）行星的模拟[3 Ravela，S.，J.Marshall，C.Hill，A.Wong实验室流动实时观测站，流体实验，DOI: 10.1007 / s00348- 009-0752-0. [4] A.Khazendar神威蓝光计算机，MPSchodlok，I.Fenty，SRMLigtenberg，E.Rignot和MRvan den Broeke（2013年），观察到的Totten Glacier变薄与沿海多年生植物有关.

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