中科院大氣所大氣環(huán)流模式SAMIL3完成萬核測試試驗

　　近日，*大氣物理研究所（IAP）大氣科學與地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室（LASG）發(fā)展的高分辨率大氣環(huán)流模式SAMIL3，在國家超級計算（天津）中心的“天河一號”超級計算機上，成功進行了12.5公里和6公里分辨率萬核計算規(guī)模的性能測試。結(jié)果表明，SAMIL3具有*的并行計算性能和并行I/O性能。這是我國見諸報道的利用三維大氣環(huán)流模式AGCM成功進行的萬核測試試驗。

　　SAMIL3是IAP/LASG地球系統(tǒng)模式研發(fā)團隊發(fā)展的高分辨率大氣環(huán)流模式。SAMIL3動力框架可以選擇譜方法（Wu et al., 1996）和有限體積方法（Lin, 1996），兩種方法使用同一套物理過程參數(shù)化方案。SAMIL3模式可以靈活使用200km，100km，50km，25km，12.5km，6.25km水平分辨率，垂直方向取26層。通過大量標準動力框架理想試驗和標準水球試驗，SAMIL3在不同分辨率下都有良好的穩(wěn)定性和模擬效果。為了進一步測試模式的計算性能和I/O性能，SAMIL3研發(fā)團隊將SAMIL3水球試驗版本移植到“天河一號”超級計算機上進行大規(guī)模高分辨率性能測試。

　　水球試驗是指將完整大氣環(huán)流模式應用在*被海洋覆蓋的地球上所進行的理想化實驗。水球試驗設計中沒有陸地，沒有海冰。海溫是給定的，從赤道向兩極遞減的理想分布。太陽常數(shù)為1365W/m2，太陽輻射沒有季節(jié)變化。臭氧沒有緯向變化，關(guān)于赤道南北對稱。CO2，CH4，N2O等氣體取常數(shù)，沒有影響輻射效應的氣溶膠。

　　模式計算性能測試結(jié)果（圖1）顯示，在千核以下并行計算規(guī)模，SAMIL3具有非常*的計算性能，相對并行算法效率在1.0-1.12之間。當并行計算規(guī)模增加到千核以上時，SAMIL3的*計算性能依然能夠保持，相對并行算法效率大于1.0。在3456核（12.5公里）和6144核（6.25公里）以上，SAMIL3的計算性能開始下降。在6144核（12.5公里）和13824核（6.25公里），SAMIL3的相對并行算法效率分別只有0.66和0.52。這說明SAMIL3在3456核（12.5公里）和6144核（6.25公里）以下，模式能夠保持*的并行計算性能，模式運行速度zui快可達1.5年（12.5公里分辨率）和3.5個月（6.25公里分辨率）每墻鐘時間一天。

　　在模式I/O性能測試中，在12.5公里分辨率下每個模式積分時間步輸出u，v，q，t，ps五個變量場，其中u，v，q，t是三維變量，ps是二維變量。測試結(jié)果如圖2所示，沒有I/O節(jié)點時，I/O模塊不占用任何計算時間，因此模式I/O效率達到100％。當只有6個I/O節(jié)點時，模式I/O效率可以達到80％以上。隨著I/O節(jié)點的增加，模式I/O效率逐漸上升。當每個核都有參與I/O時（1536核），模式I/O效率接近100％，即I/O過程不影響模式計算速度。在“天河”上大規(guī)模并行I/O測試結(jié)果表明，SAMIL3并行I/O模塊具有*的性能。

　　高分辨率氣候模式的研發(fā)是當今氣候模擬研究領(lǐng)域競爭的前沿。高分辨SAMIL3模式在“天河”超級計算機上成功進行萬核測試，標志著中科院發(fā)展的氣候模式有能力參與高分辨率模式研發(fā)領(lǐng)域的競爭。SAMIL3萬核測試試驗的成功，與此前IAP/LASG大洋環(huán)流模式LICOM在“天河”計算機上成功進行10km分辨率的千核測試試驗一道，為發(fā)展超高分辨率的中科院氣候系統(tǒng)模式奠定了扎實基礎(chǔ)。