基于MPI的MASNUM海浪数值模式的并行化实现
随着海洋科学尤其数值预报模式的发展,许多海洋模式像POM海洋模式、HYCOM海洋模式、MASNUM海浪数值模式等需要采取大规模计算,同时对于计算速度和精度的要求越来越高。由于并行计算技术的不断发展,并行计算机的规模越来越大,使得并行计算成为解决上述问题的重要途径之一。使用并行处理技术提高海洋模式的运行效率的基本思路:首先寻找串行模式的并行性,确定可并行执行模块。然后选择适当的并行算法,制定并行化方案,最后将并行模式进行编译和运行,同时优化并行程序的性能。本文所采用的MASNUM海浪数值模式是通过研究海浪的传播规律,建立海浪的数值预报模型,实现海浪的模拟与预报。但是,由于计算海域的扩大和空间分辨率的提高,原有的海浪的串行模式无法满足快速计算的需求。本文在基于MPI并行编程环境下,对MASNUM海浪数值模式进行并行化研究。 本文介绍了有关并行处理技术的基本理论,对并行计算机、并行算法的设计与实现以及并行编程进行了论述和总结。由于MPI的可移植性好,功能强大,效率高等优点,阐述基于MPI并行程序设计技术,为模式的并行化实现提供了前提。在此基础上,首先介绍MASNUM模式及其串行程序结构,并对串行模式中各个函数的运行时间进行统计与分析,从而对该模式进行并行分析,确定模式的可并行化的部分以及占总运行时间的比重。然后构建并行环境,在Windows NT环境下,安装与配置MPICH,同时对源代码进行编译与运行。最后发展模式的并行算法,包括数值并行算法和基于Jacobi迭代的并行算法,将模式的计算任务分解成若干个子任务,确定各子任务之间的数据依赖关系,从而进行通信,制定基于网格点并行化方案。在高性能计算平台上,结合MPI和Fortran语言,对该模式进行并行化实现,并结合加速比和Amdahl定律,对实验结果进行分析。分析结果表明,随着处理器个数的增加,与原有的串行模式相比,并行模式的运行速度得到显著提高,并取得了较高的并行性能,在一定程度满足了海浪模式业务化预报的要求。
海浪模式;并行计算;消息传递接口;数值预报;运行效率
中国海洋大学
硕士
地图学与地理信息系统
李洪平
2012
中文
P731.22;P456.7
62
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）