大气谱模式动力框架高可扩展并行优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大气谱模式动力框架高可扩展并行优化方法及系统，本发明专利技术并行优化方法的步骤包括通过针对大气谱模式的动力框架中六个主要计算过程分别分析计算涉及的数据相关性、对各个过程中无数据相关性的两个数据方向进行二维数据剖分并映射到处理器逻辑结构网格上进行计算，计算过程之间的数据交换采用三维数据转置算法实现；针对整个动力框架计算过程中涉及的部分全局变量，在数据分解的基础上实现变量的全局数据收集；将数据变换过程和数据收集过程与整个动力框架迭代处理流程无缝结合，最终完成各个相邻计算过程之间涉及的三维数据转置处理和全局变量的数据收集。本发明专利技术能够极大地提高模式的并行计算可扩展性，从而提升并行执行效率。

【技术实现步骤摘要】
大气谱模式动力框架高可扩展并行优化方法及系统
本专利技术涉及大气环流模式动力框架并行技术，具体涉及一种大气谱模式动力框架高可扩展并行优化方法及系统，适合于气候模拟、气象预报和环境模拟等应用领域。
技术介绍
近年来，随着对地球环境关注的不断升级，国际上对气候系统模式的研究逐渐成为热点之一，一直在加强力量进行耦合气候系统模式的研究。在气候模式系统的并行计算研究上，发展趋势主要在于针对当前和即将出现的并行计算机体系结构进行相应软件系统的算法改进、代码移植、甚至模式重新设计等工作。一方面，为了实现气候数值预报精度的提高和预报时效的延长，必须采用更高的模式。然而，分辨率的提升伴随着计算量的指数级增长，并且气候模式通常需要对几十年甚至几百年的海量数据进行积分计算，由于涉及到如此大规模的计算，必须借助高性能计算技术，并且研究高效的并行算法，以提高模式的并行计算效率和预报时效性。另一方面，虽然高性能并行计算机的计算能力和峰值计算速度都有了前所未有的发展，但是仅仅依赖并行计算机计算速度的提高来减少运行时间还远远不够，必须将模式程序的算法以及实现高度并行化，才能充分利用已研制出的高性能并行计算机，进而增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大气谱模式动力框架高可扩展并行优化方法，其特征在于实施步骤包括：1)针对大气谱模式的动力框架中的格点空间计算、Fourier变换、Legendre变换、谱空间计算、Legendre逆变换、Fourier逆变换六个主要计算过程，分别分析计算涉及的数据相关性；2)针对动力框架中的六个计算过程，分别对各个过程中无数据相关性的两个数据方向进行二维数据剖分，并设计处理器的逻辑结构网格结构，将二维数据剖分映射到处理器逻辑结构网格上进行计算；3)针对动力框架中的六个计算过程，在数据分解的基础上分别实现前一计算过程到后一计算过程之间的数据交换，采用三维数据转置算法实现，先在一个维度上将数据划分为多个集...

【技术特征摘要】
1.一种大气谱模式动力框架高可扩展并行优化方法，其特征在于实施步骤包括：1)针对大气谱模式的动力框架中的格点空间计算、Fourier变换、Legendre变换、谱空间计算、Legendre逆变换、Fourier逆变换六个主要计算过程，分别分析计算涉及的数据相关性；2)针对动力框架中的六个计算过程，分别对各个过程中无数据相关性的两个数据方向进行二维数据剖分，并设计处理器的逻辑结构网格结构，将二维数据剖分映射到处理器逻辑结构网格上进行计算；3)针对动力框架中的六个计算过程，在数据分解的基础上分别实现前一计算过程到后一计算过程之间的数据交换，采用三维数据转置算法实现，先在一个维度上将数据划分为多个集合，然后在各个集合内实现MPI_alltoall的数据全交换处理；4)针对整个动力框架计算过程中涉及的部分全局变量，在数据分解的基础上实现变量的全局数据收集；5)将数据变换过程和数据收集过程与整个动力框架迭代处理流程无缝结合，完成各个相邻计算过程之间涉及的三维数据转置处理和全局变量的数据收集。2.根据权利要求1所述的大气谱模式动力框架高可扩展并行优化方法，其特征在于，步骤1)中分析计算涉及的数据相关性的结果包括：(a)格点空间计算：在垂直方向上有数据相关性、纬度方向和经度方向无数据相关性；(b)Fourier变换：在经度方向有数据相关性，在另外两个维度上无数据相关性；(c)Legendre变换：在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小勇，任小丽，任开军，孙迪夫，赵娟，吴茂永，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43