计算机科学 ›› 2019, Vol. 46 ›› Issue (11A): 528-534.
叶跃进1, 陈德训1, 胡江凯2, 马欣2, 张小曳3
YE Yue-jin1, CHEN De-xun1, HU Jiang-kai2, MA Xin2, ZHANG Xiao-ye3
摘要: 文中主要介绍了数值天气预报模式GRAPES_MESO(4.0版本)与大气化学模式CUACE在线耦合形成的GRAPES_CUACE大气化学耦合模型在不同版本的x86体系结构下的并行优化算法的研究与分析。借鉴目前国内外主流的并行优化设计方法,结合GRAPES_MESO系统本身的程序架构和并行框架,针对不同版本x86体系架构做了相应的并行化改造。运用gprof工具和戳桩计时等方法,测试得到的程序热点模块主要有3部分:IO、通信和物理过程。对IO模块主要的优化方法为:1)由离散读写改为连续读写;2)开辟缓冲区由稀疏访存改为连续访存;3)异步IO。对通信部分采用两种方式:1)由细粒度改为粗粒度通信;2)采用时间复杂度更低的集合通信。对IO与通信模块优化结果分析可得:IO模块优化后的耗时占比由原来的43.7%降至1.41%,比重大幅度降低,最优部分性能提升了317倍,因此,该方法极大地提升了IO模块运行效率。此外,对物理过程进行优化采用的主要方法是:1)多层循环计算过程由离散改为连续;2)通信机制循环外移;3)数据复用以减少计算冗余;4)缩减栈变量空间等。这些优化方法使计算性能提高了22%,进一步提高了程序的并行效率和模式的强可扩展性。
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[1]陈德辉,薛纪善,杨学胜,等.GRAPES 新一代全球/区域尺度统一数值预报模式总体设计研究[J].科学通报,2008,53:2396-2407. [2]张涵斌,陈静,等.GRAPES区域集合预报应用研究[J].气象期刊,2014,40(9). [3]GONG S L,ZHANG X Y.CUACE/Dust — An integrated system of observation and modeling systems for operational dust forecasting in Asia[J].Atomospheric Chemisty and Physics,2008,8:2333-2340. [4]ZHANG X Y.Characterization of soil dust aerosol in China and its transport/distribution during 2001 ACE-Asia.1.Network Observations[J].Journal of Geophysical Research,2003,108(9):4261. [5]ZHOU C H,GONG S L,ZHANG X Y,et al.Development and evaluation of an operational SDS forecasting system for East Asia:CUACE/Dust[J].Atomospheric Chemisty and Physics,2008,8(4):787-798. [6]李曼,张载勇,李淑娟,等.CUACE 系统在乌鲁木齐空气质量预报中的效果检验[J].沙漠与绿洲气象,2014,8(5):63-68. [7]WANG H,GONG S L,ZHANG H L,et al.A new-generation sand and dust storm forecasting system GRAPES_CUACE/Dust:Model development,verification and numerical simulation[J].Sci Bull. [8]王宏,龚山陵,张红亮,等.新一代沙尘天气预报系统GRAPES_CUACE/Dust:模式建立、检验和数值模拟[J].科学通报,2009,54:3878-3891. [9]AN X Q,ZHAI S X,JIN M,et al.Tracking influential hazesource areas in North China using an adjoint model,GRAPES-CUACE [J].Geosci.Model Dev.Discuss.,2015,8:7313-7345. [10]WANG H,SHI G Y,LI W,et al.The impacts of optical properties onradiative forcing due to dust aerosol[J].Adv Atmos Sci ,2006,23:431-441. [11]WANG H,ZHANG X Y,GONG S L,et al.Radiative feedback ofdust aerosolson the East Asian dust storms[J].J Geophys Res,2010,115:D23214. [12]WANG H,ZHAO T L,ZHANG X Y,et al.Dust direct radiative affects onthe earth-atmosphere system over East Asia:Early spring cooling and late spring warming [J].Chinese Science Bull,2011,56:1020-1030. [13]WANG H,SHI G Y,ZHU J,et al.Case study of longwave contribution to dust radiative effects over East Asia [J].Chinese Science Bull,2013,58:3673-3681. |
[1] | 李章维, 肖璐倩, 郝小虎, 周晓根, 张贵军. 蛋白质构象空间的多模态优化算法 Multimodal Optimization Algorithm for Protein Conformation Space 计算机科学, 2020, 47(7): 161-165. https://doi.org/10.11896/jsjkx.190600100 |
[2] | 董辉,郝小虎,张贵军. 蛋白质构象空间局部增强差分进化搜索方法 Local Enhancement Differential Evolution Searching Method for Protein Conformational Space 计算机科学, 2015, 42(Z11): 22-26. |
[3] | 郝小虎,张贵军,周晓根,程正华,张启鹏. 一种基于片段组装的蛋白质构象空间优化算法 Protein Conformational Space Optimization Algorithm Based on Fragment-assembly 计算机科学, 2015, 42(3): 237-240. https://doi.org/10.11896/j.issn.1002-137X.2015.03.049 |
[4] | 饶立,张云泉,李玉成. 国产百万亿次机群系统Alltoall性能测试与分析 Performance Test and Analysis of Alltoall Collective Communication on Domestic 计算机科学, 2010, 37(8): 186-188. |
[5] | . 大规模三维地形可视化算法研究进展 计算机科学, 2007, 34(3): 10-16. |
[6] | 李常青 唐世渭 李红燕. 基于关联分析的粗粒度级个性化信息挖掘 计算机科学, 2002, 29(1): 36-38. |
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