T63全球海气耦合模式的并行计算

摘要

本文详细分析了T63全球海气耦合模式的算法，结合T63全球海气耦合模式的业务预报运行方式，在分析了它的基本流程及串行运行时间的基础上，针对其巨大的计算量以及数据流特点，提出了基于纬圈的一维并行算法：将沿纬圈进行的Fourier空间的计算采用分布并行计算，数据按纬圈分布到各个处理器。并对I/O算法和部分数学函数作了比较有效的优化，诸如采用I/O缓存技术、向量化技术和使用高效的数学库等优化策略。在神威系列并行计算机上实现了该并行算法。对并行计算的输出数据进行正确性分析，通过GrADS工具包数据可视化所完成的定性分析以及定量分析证明并行计算结果正确，其中定量分析中采用了两种误差分析方法：对串行计算结果数据与并行计算结果数据进行了均方根误差分析和平均相对误差分析。对实验结果进行效率分析，表明在使用6-8个处理器时达到较好的并行效果，最大可扩展至48个处理器。本文所设计的基于纬圈的一维并行算法，对于模式内部具体算法和运算方案改动很少，在模式研究和变动过程中，模式研究人员无须对并行计算有非常深入的了解，即可实现并行计算。