【摘要】：隨著數(shù)值天氣預(yù)報分辨率不斷提高,模式的計算量也隨之增大,為了滿足實際業(yè)務(wù)預(yù)報的實時性要求,高性能計算逐漸被應(yīng)用到數(shù)值天氣預(yù)報中。全球大氣譜模式由于其對大尺度環(huán)流預(yù)報有較高的準(zhǔn)確性,在實際業(yè)務(wù)預(yù)報中得到了廣泛的使用。譜模式從概念上可以分為動力框架和物理過程兩個主要部分,其中動力框架的功能是對不含源匯項的模式方程進(jìn)行離散化,并采用數(shù)值計算方法進(jìn)行求解,是整個模式運行的核心,如若能夠有效地縮短其執(zhí)行時間,就能夠提高整個模式的運行效率。本文針對現(xiàn)行BCC_AGCM 3.0模式動力框架并行劃分方案的局限性,引入新的劃分方案。即將原有的按緯圈或者按波數(shù)的一維劃分改進(jìn)為二維劃分。為避免數(shù)據(jù)劃分造成不必要的進(jìn)程間通信,劃分必須在無數(shù)據(jù)相關(guān)性的維度上進(jìn)行,每一計算步驟的數(shù)據(jù)劃分都應(yīng)根據(jù)不同的數(shù)據(jù)相關(guān)性采取不同的方案。為了實現(xiàn)不同計算步驟所采用的不同劃分方案之間的轉(zhuǎn)換,還需要在相鄰的兩個計算步之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。根據(jù)并行劃分的改進(jìn)方案對模式動力框架代碼進(jìn)行了修改,并對修改后的動力框架在高性能計算平臺上進(jìn)行了測試,結(jié)果表明將動力框架的并行劃分方式改進(jìn)為二維劃分能夠有效縮短計算耗時,在本文的可擴展性測試中,平均使動力框架整體耗時縮短了8%左右,個別進(jìn)程配置方案下能縮短15%。動力框架的各個模塊的改進(jìn)效果不同,負(fù)責(zé)格點空間計算以及Fourier變換的scandyn模塊以及負(fù)責(zé)逆譜變換的scan2模塊在進(jìn)程數(shù)較少時與改進(jìn)前的性能差別不大,在進(jìn)程數(shù)大時改進(jìn)效果比較明顯;負(fù)責(zé)平流項計算的scanslt模塊總體呈現(xiàn)比較明顯的改進(jìn)效果。對相同進(jìn)程數(shù)的不同進(jìn)程參數(shù)配置方案進(jìn)行橫向?qū)Ρ?結(jié)果表明不同劃分方案的改進(jìn)效果也不同,在新增方向上不宜采用太細(xì)粒度的劃分,劃分?jǐn)?shù)太多反而會降低二維劃分的改進(jìn)效果。總體上來說,將動力框架的并行劃分方式改進(jìn)為二維劃分能夠有效縮短計算耗時,提升動力框架的整體性能。
【圖文】：

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本文編號：2698796