中期数值预报系统在神威机上的并行移植.pdf
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1、中期数值预报系统在神威机上的并行移植中期数值预报系统在神威机上的并行移植 文延华 徐晓春 李海军 摘要:摘要:欧洲中期天气预报中心发布的中期数值预报产品,被公认为世界之冠,它的中期数值预报业务系统代表了世界上最先进的气象科学和技术水平。T106(全球分析同化和中期数值天气预报)系统是欧洲中期天气预报中心在八十年代末设计的多任务并行计算数值天气图 1 是 T106 全球分析同化和中期数值天气预报软件资料同化中分析部分分析部分简单的流程。其中,带号的过程是在原 T106 多任务模型中采用了多任务处理的过程。经过对 T106 分析预报系统软件同化部分的深入研究和思考,我们认为分析部分分析部分是可以并
2、行化的。主要可并行化的点与原 T106 多任务模型中采用多任务处理的点存在一定的对应关系。三三 并行移植并行移植 h并行点的选取 T106 软件资料同化部分,存在十个可并行点,即原 T106 多任务模型中采用多任务处理的点。这十个可并行点所用时间见表 1。该表统计的时间是在 400MHZ 的 ALPHA 21164 工作站上运行时取得的。可并行化的程序段 可并行点运行时间(单位:秒)占总时间的百分比 初估场的勒让德逆变换(SCANIS)22.62 22.62 3.917%3.917%产生复合观测(SUPOBS)1.465 1.465 0.254%0.254%资料检查和分析误差估值(DATACH
3、)53.58 53.58 9.278%9.278%估算分析值(ANAEVA)31.97 31.97 5.536%5.536%估算格点分析值(GRPEVA)292.07 292.07 50.575%50.575%产生复合观测(HUMSUP)0.53 0.53 0.092%0.092%资料检查和分析误差估值(DATACH)3.15 3.15 0.545%0.545%估算分析值(HUMEVA)3.14 3.14 0.544%0.544%估算格点分析值(GRPEVA)44.83 44.83 7.763%7.763%分析资料的直接谱变换(SCANDS)15.14 15.14 2.622%2.622%总结
4、 468.4 468.4 81.125%81.125%表 1 可并行点运行时间表 由表 1 可见,可并行点运行时间占总时间的 81.125%,并行化的工作还是很有必要的,尤其是占百分比较大的四个可并行点:估算格点分析值,资料检查和分析误差估值,估算格点分析值,估算分析值。3针对这十个可并行点,我们进行了细致的分析。根据各并行点的程序流程、共享变量使用情况、I/O 操作的具体实施、对整个系统效率的影响程度,最终决定选取两个并行点:质量和风的分析中执行时间最长的点估算格点分析值(TGRPEV)和湿度分析中执行时间最长的点估算格点分析值(THGRPEV)。h并行机制的确定 根据这两个并行点的程序流程
5、与数据访问方式,我们决定使用与 CRAY 的多任务类似的并行机制。先创建所有的进程,然后主进程运行单任务段,子进程处于等待状态。当主进程到达并行点起点时,唤醒子进程,所有的进程并行执行。并行点结束后,主进程继续执行后面的单任务段,子进程回到等待状态,直到下一个并行点再次被唤醒。并行的具体实现方法与原 T106 多任务的实现一致。质量和风的分析中估算格点分析值(TGRPEV)和湿度分析中估算格点分析值(THGRPEV)均是按纬圈来并行的。把全球分成 160 个纬圈,每个任务每次对一个纬圈进行操作,并且预先确定该任务下一次要处理的纬圈。这样,当每个任务处理当前纬圈时,可以预读单元 NGPFG 中下
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