CAJ | 학술논문

随着高性能计算机技术的发展和应用,并行计算已成为保证数值天气预报模式业务运行时效的关键技术之一.目前高性能计算机计算能力已达到每秒千万亿次浮点计算.系统中处理器数量也早已达十万甚至更多,如此巨大的计算资源对应用软件系统的设计也提出了挑战.数值天气预报软件系统要充分利用高性能计算机提供的计算资源,必须依靠并行计算方法,这包括适合计算问题的可扩展并行算法的设计、合适的数据分配方案以及良好的任务负载平衡方案.作为中国新一代数值天气预报格点模式,GRAPES(Global and Regional Assimilation and PrEdiction System)设计的最终目标是一个科研/业务通用,区域/全球通用模式.作为一个格点模式,GRAPES的并行计算具有与欧洲中期数值顶报研究中心谱模式并行计算不同的特点,GRAPES的并行计算采用了经典的水平网格数据划分.但对于全球的GRAPES模式,由于采用拉格朗日差分方案,模式极地及附近区域格点与格点之间距离的减小.使得模式并行计算在采用简单的经纬网格划分方式实现时,必须考虑极地区域并行计算跨越多个处理器时导致的频繁通讯解决途径.本研究提出了利用消息传递组通讯实现全球格点模式并行计算的一种方法,其核心思想是将极点附近一定区域内的处理器按纬向划归不同的处理器组.文中还给出了该实现方法的任务分配算法,提出了改进的任务分配负载平衡方案.在中国气象局高性能计算机IBM-cluster1600上的测试表明,算法具有较好的可扩展性,其负载平衡方案改善了计算的绝对墙钟时间,使并行计算效率提高10%以上.模式的准业务运行结果表明计算墙钟时间基本可以满足数值预报业务的实时性要求.
수착고성능계산궤기술적발전화응용,병행계산이성위보증수치천기예보모식업무운행시효적관건기술지일.목전고성능계산궤계산능력이체도매초천만억차부점계산.계통중처리기수량야조이체십만심지경다,여차거대적계산자원대응용연건계통적설계야제출료도전.수치천기예보연건계통요충분이용고성능계산궤제공적계산자원,필수의고병행계산방법,저포괄괄합계산문제적가확전병행산법적설계、합괄적수거분배방안이급량호적임무부재평형방안.작위중국신일대수치천기예보격점모식,GRAPES(Global and Regional Assimilation and PrEdiction System)설계적최종목표시일개과연/업무통용,구역/전구통용모식.작위일개격점모식,GRAPES적병행계산구유여구주중기수치정보연구중심보모식병행계산불동적특점,GRAPES적병행계산채용료경전적수평망격수거화분.단대우전구적GRAPES모식,유우채용랍격랑일차분방안,모식겁지급부근구역격점여격점지간거리적감소.사득모식병행계산재채용간단적경위망격화분방식실현시,필수고필겁지구역병행계산과월다개처리기시도치적빈번통신해결도경.본연구제출료이용소식전체조통신실현전구격점모식병행계산적일충방법,기핵심사상시장겁점부근일정구역내적처리기안위향화귀불동적처리기조.문중환급출료해실현방법적임무분배산법,제출료개진적임무분배부재평형방안.재중국기상국고성능계산궤IBM-cluster1600상적측시표명,산법구유교호적가확전성,기부재평형방안개선료계산적절대장종시간,사병행계산효솔제고10%이상.모식적준업무운행결과표명계산장종시간기본가이만족수치예보업무적실시성요구.