大氣環(huán)流模式的基準(zhǔn)測試程序構(gòu)建和任務(wù)圖并行化.pdf

1、由于風(fēng)冷芯片最大功耗和無法有效地開發(fā)更多指令級(jí)并行這兩大瓶頸，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)朝著多核、眾核方向發(fā)展，如何高效的利用多核、眾核平臺(tái)，加速面向科學(xué)計(jì)算應(yīng)用的求解速度是當(dāng)今學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。
　　針對多核、眾核平臺(tái)，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所并行編譯課題組研發(fā)了一個(gè)針對網(wǎng)格應(yīng)用的任務(wù)圖并行系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過相關(guān)性分析用有向無環(huán)圖（ Directed Acyclic Graph，DAG）來表示系統(tǒng)中任務(wù)之間的相關(guān)關(guān)系，但該任務(wù)圖并行系統(tǒng)僅提供

2、了支持C/C++應(yīng)用程序的接口，不支持Fortran語言應(yīng)用程序，且僅適用于單進(jìn)程內(nèi)的任務(wù)圖并行化。針對這些問題，本文為任務(wù)圖并行系統(tǒng)設(shè)計(jì)了Fortran語言接口，并設(shè)計(jì)開發(fā)了支持多進(jìn)程并行的功能模塊。
　　作為高性能計(jì)算平臺(tái)上的一個(gè)典型應(yīng)用，大氣環(huán)流模式（ Atmospheric General Circulation Model, AGCM）是地球模擬器中最為復(fù)雜的模式，該模式內(nèi)使用偏微分方程來求解物理問題。雖然AGCM已經(jīng)實(shí)

3、現(xiàn)了多進(jìn)程的并行化，但是在動(dòng)力框架部分并沒有得到好的收益。
　　本論文在分析AGCM特征的基礎(chǔ)上對大氣環(huán)流模式的動(dòng)力框架內(nèi)的程序進(jìn)行熱點(diǎn)分析，確定了程序中的適應(yīng)過程部分為主要性能瓶頸；對適應(yīng)過程進(jìn)行詳細(xì)分析，確定了需要提取的文件；在保證結(jié)構(gòu)與天河上的AGCM一致的前提下，對提取出的文件分別構(gòu)建了OpenMp、DAG、MPI和SERIAL四個(gè)版本的程序；為了消除地球模擬器其他部分給AGCM帶來的不必要數(shù)據(jù)，對基準(zhǔn)測試程序初始化部分和