Реализация региональной атмосферной модели на вычислительных системах гибридной архитектуры презентация

модели на вычислительных системах гибридной архитектуры

схемы уравнений динамики, термодинамики и радиации: локальность вычислений
Решение эллиптического уравнения: транспонирование расчётной области

Cell-реализация
Одномерные циклы, шаблоны памяти
Вычисление правой части для эллиптического уравнения
Явная схема для уравнения переноса

Перспективы развития

План

рельефа
(Miranda and James, 1992)

бриз
городской бриз
ледовый бриз
и др.
(Langland et al., 1989)





Рост концентрации вредных примесей в приземном слое атмосферы
(Eastman et al., 1995)

морского бриза с горно-долинными циркуляциями

Временной ход температуры в приземном слое по результатам модели и данным измерений

алгоритмов
по вертикальной координате:

прогонки
радиационный блок

Особенности реализации для MPI

Параллельные Вычислительные Технологии
ПАВТ-2009

схемах

Параллельные Вычислительные Технологии
ПАВТ-2009

ПАВТ-2009

ПАВТ-2009

of N

Data

1) Transpose: N pieces per SPU

2) Fetch some pieces to SPUs

. . .

. . .

3) Compute partial results

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

4) Transfer results into main memory

Results

6) Repeat for each iteration

и PPU
(между SPU нет обменов)

Декартово разбиение (как в случае MPI)
не нужно

0

nv = nx × ny × ns

/ (dx2 * *_P(_C(pp3))),
ppdy = (*_P(_U(pp3)) - *_P(_D(pp3))) / (dy2 * *_P(_C(pp3))),
ppgra2 = ppdx * ppdx + ppdy * ppdy,
pplap = ((*_P(_R(pp3)) + *_P(_L(pp3)) - 2. * *_P(_C(pp3))) / dxx +
(*_P(_U(pp3)) + *_P(_D(pp3)) - 2. * *_P(_C(pp3))) / dyy) / *_P(_C(pp3)),
p = ptop + sigma0[is] * *_P(_C(pp3)),
dtsdsi = (*_F(tems) - *_B(tems)) / (ds02a[is] * *_C(tems)),
alfa = ptop / p + sigma0[is] * dtsdsi,
beta = -ptop * *_P(_C(pp3)) / (p * p) + dtsdsi * (1. + sigma0[is] * dtsdsi) +
sigma0[is] * ((*_F(tems) - *_C(tems)) / ds0[is+1] -
(*_C(tems) - *_B(tems)) / ds0[is]) / (ds1[is] * *_C(tems)),
betas = beta * sigma0[is],
upduds = 0.5 * (*_C(u3) + *_L(u3)) +
0.5 * s0ds2a[is] * (*_F(u3) + *_LF(u3) - *_B(u3) - *_LB(u3)),
vpdvds = 0.5 * (*_C(v3) + *_D(v3)) +
0.5 * s0ds2a[is] * (*_F(v3) + *_DF(v3) - *_B(v3) - *_DB(v3));

// 12 FLOPS
const double val1 =
((*_P(_C(pp3)) - *_P(_C(pp1))) / dtl +
0.5 * (*_C(u2) * (*_P(_C(pp2)) + *_P(_R(pp2))) –
*_L(u2) * (*_P(_L(pp2)) + *_P(_C(pp2)))) / dx +
0.5 * (*_C(v2) * (*_P(_C(pp3)) + *_P(_U(pp3))) –
*_D(v2) * (*_P(_D(pp3)) + *_P(_C(pp3)))) / dy +
*_P(_C(pp2)) * (*_F(wsig2) - *_C(wsig2)) / ds1[is]) / dt2;

// 12 FLOPS
const double val2 =
-(*_C(uflux) - *_L(uflux)) / dx - (*_C(vflux) - *_D(vflux)) / dy +

...

Автоматический обмен данными

- *_P(_L(pp3))) / (dx2 * *_P(_C(pp3))),
ppdy = (*_P(_U(pp3)) - *_P(_D(pp3))) / (dy2 * *_P(_C(pp3))),
ppgra2 = ppdx * ppdx + ppdy * ppdy,
pplap = ((*_P(_R(pp3)) + *_P(_L(pp3)) - 2. * *_P(_C(pp3))) / dxx +
(*_P(_U(pp3)) + *_P(_D(pp3)) - 2. * *_P(_C(pp3))) / dyy) / *_P(_C(pp3)),
p = ptop + sigma0[is] * *_P(_C(pp3)),
dtsdsi = (*_F(tems) - *_B(tems)) / (ds02a[is] * *_C(tems)),
alfa = ptop / p + sigma0[is] * dtsdsi,
beta = -ptop * *_P(_C(pp3)) / (p * p) + dtsdsi * (1. + sigma0[is] * dtsdsi) +
sigma0[is] * ((*_F(tems) - *_C(tems)) / ds0[is+1] -
(*_C(tems) - *_B(tems)) / ds0[is]) / (ds1[is] * *_C(tems)),
betas = beta * sigma0[is],
upduds = 0.5 * (*_C(u3) + *_L(u3)) +
0.5 * s0ds2a[is] * (*_F(u3) + *_LF(u3) - *_B(u3) - *_LB(u3)),
vpdvds = 0.5 * (*_C(v3) + *_D(v3)) +
0.5 * s0ds2a[is] * (*_F(v3) + *_DF(v3) - *_B(v3) - *_DB(v3));

// 12 FLOPS
const double val1 =
((*_P(_C(pp3)) - *_P(_C(pp1))) / dtl +
0.5 * (*_C(u2) * (*_P(_C(pp2)) + *_P(_R(pp2))) –
*_L(u2) * (*_P(_L(pp2)) + *_P(_C(pp2)))) / dx +
0.5 * (*_C(v2) * (*_P(_C(pp3)) + *_P(_U(pp3))) –
*_D(v2) * (*_P(_D(pp3)) + *_P(_C(pp3)))) / dy +
*_P(_C(pp2)) * (*_F(wsig2) - *_C(wsig2)) / ds1[is]) / dt2;

// 12 FLOPS
const double val2 =
-(*_C(uflux) - *_L(uflux)) / dx - (*_C(vflux) - *_D(vflux)) / dy +
...
 

Автоматический обмен данными

адресов
используемых данных
исключение дубликатов

Использование полученной последовательности как базовых адресов в итерациях цикла с прибавлением соотв. смещения

итерацию:
83 входных значения
2 выходных значения
≈ 119 FLOP

Процессорные элементы

Время, сек

итерацию:
22 входных значения
1 выходное значение
≈ 17 FLOP

Процессорные элементы

Время, сек

использовании векторных операций

ПРОБЛЕМА
согласования выравниваний

пограничного слоя ИВМ РАН
(Глазунов А.В.)

развитие блока переноса активной атмосферной примеси

включение параметризации кристаллической фазы в блок микрофизики облаков

моделирование эмиссии и переноса метана в атмосферном бассейне Сибири

Перспективы развития