基于J-Earth领域编程框架的高效并行大气环流模式(H-GAMIL)构建

摘要：

高性能并行计算,一直是气候系统模式研究中的重要科学前沿.然而,随着计算机技术的发展,计算机体系结构越来越复杂,以及气候系统模式本身的复杂性使得开发高性能气候系统模式成为一个难题.采用了一种全新的并行程序设计方法:基于针对气象科学中的计算特点发展出的领域编程框架J-Earth,构建了高性能并行大气环流模式H-GAMIL.在对原模式GAMIL分析和解构以后,结合J-Earth的特点,采用面相对象的编程方式,对H-GAMIL进行重构.重构后的H-GAMIL具有现代软件标准化模块化的特点,并具有自动二维剖分、MPI (Message PassingInterface)和OpenMP(Open Multi-Processing)混合并行实现、并行输出等新功能.解决了原模式一维剖分受到处理器限制,串行IO等问题.在此基础上,本文对H-GAMIL进行了并行效率测试,结果显示,模式水平分辨率为1°(纬度)×1°(经度)时,可使用上千处理器核,并行效率达40％以上且负载平衡达70％.测试结果表明了H-GAMIL具有较好的并行效率和可扩展性;同时对H-GAMIL模拟性能进行对比分析,其结果表明H-GAMIL保持了原模式的守恒性,并且具有与原模式相当的模拟性能,能够满足气候研究的计算需求,达到实用程度.

关键词：大气环流模式、高性能并行计算、J-Earth领域编程框架

所属期刊栏目：22

分类号：P435(动力气象学)

资助基金：国家自然科学基金项目d41205079,国家重点基础研究发展计划项目973计划2015CB954102;the National Natural Science Foundation of ChinaGrant d41205079;National Program on Key Basic Research Program of China973 Program,Grant 2015CB954102

在线出版日期：2017-08-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：71-79