海洋环流模式LICOM的MIC并行优化

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海洋环流模式被广泛应用于海洋环境和气候预测研究。随着研究不断深入,海洋环流模式向着高分辨率的方向发展。分辨率的提高会导致模式的计算量和模式对计算资源的需求呈几何级数增长。LICOM(LASG/IAP Climate system OceanModel)是中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)自主开发的全球海洋环流模式,计算速度是制约其高分辨率计算的主要因素,并行计算技术和高性能计算机发展为其提供了解决问题的基础。当前主流的高性能计算体系结构是多核或众核混合架构,原LICOM模式只使用了MPI并行,还无法发挥混合架构的高性能。本文尝试将MIC计算初步应用于海洋环流模式LICOM中,研究MIC的NATIVE并行模式计算对LICOM计算速度的影响,以促进我国海洋环流模式的发展。本文主要的研究内容和贡献如下:  (1)介绍LICOM概念特征、模式流程。研究LICOM并行算法。通过线程级、进程级混合并行优化,实现了海洋模式LICOM的MPI+OpenMP并行编程,并在此基础上进行了完善。现有的OpenMP并行版本较原MPI版本有更好的扩展性和并行性。  (2)对LICOM程序进行了MIC移植。利用Vtune Amplifier XE2013工具的热点分析方法,找出了LICOM程序的热点函数。使用一些常用的优化方法,比如编译指令优化、2M内存页优化、向量化优化等,对LICOM程序进行了初步优化。  (3)着重介绍了LICOM程序中的主要五个模块:READYC模块、READYT模块、TRACER模块、BCLINC模块以及BAROTR模块。对这五个模块分别进行了算法研究,并行化难点分析和并行计算研究。分别给出了解决方案(包括代码实现)。文章通过实验分别测试了LICOM程序各个模块优化化前后以及整体程序优化前后的运行效果,并在实验结果后给出了分析总结。  在文章的最后,对本文目前的研究成果进行了总结,并对未来可能进行的改进做了一些设想。
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