基于矩阵嵌套的CESM负载均衡优化方案检索策略
2022年电子技术应用第1期
董润婷，吴 利，黄建强，王晓英
青海大学 计算机技术与应用系，青海 西宁810016
摘要： 通用地球系统模式(Community Earth System Model，CESM)是一种定量描述气候系统模式变化的数值模式，庞大的科学计算体量已使其成为高性能计算领域的重要研究对象之一。CESM各个气象子模块及组件之间的负载不均衡问题使其计算性能一直不理想，且由于其可用的进程布局方案本身的多样性会导致的巨大检索量,因此通过人工调参用枚举寻找最优布局本身并不现实。为解决这个问题，提出并实践了一种基于矩阵嵌套思想的负载平衡优化方案检索策略帮助完成进程布局优化过程，并介入基于模式并行要求的筛查保证检索结果具有可行性，最终通过实验证明通过这种检索策略搜索获得的最优布局与默认布局相比平均计算性能提升达到47.3%,并在5个节点上实现了1.419的加速比。
中圖分類號： TP311
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212426
中文引用格式： 董潤婷，吳利，黃建強(qiáng)，等. 基于矩陣嵌套的CESM負(fù)載均衡優(yōu)化方案檢索策略[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(1)：24-30.
英文引用格式： Dong Runting，Wu Li，Huang Jianqiang，et al. A retrieval strategy of load balancing optimization scheme for CESM based on matrix nesting[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(1)：24-30.
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212426
中文引用格式： 董潤婷，吳利，黃建強(qiáng)，等. 基于矩陣嵌套的CESM負(fù)載均衡優(yōu)化方案檢索策略[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(1)：24-30.
英文引用格式： Dong Runting，Wu Li，Huang Jianqiang，et al. A retrieval strategy of load balancing optimization scheme for CESM based on matrix nesting[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(1)：24-30.
A retrieval strategy of load balancing optimization scheme for CESM based on matrix nesting
A retrieval strategy of load balancing optimization scheme for CESM based on matrix nesting
Department of Computer Technology and Application，Qinghai University，Xining 810016，China
Abstract： The Community Earth System Model(CESM) is a numerical model to quantitatively describe the change of climate system model, which is one of the most important research objects in the field of high-performance computing because of its huge volume of scientific computing. The load imbalance between each meteorological sub module and component of CESM makes its computing performance unsatisfactory. It is not realistic to retrieve the optimal layout manually by enumerating parameters because the diversity of available process layout schemes will lead to a huge amount of retrieval. In order to solve this problem, this paper proposed and implemented a retrieval strategy based on the matrix-nesting idea of load balancing optimization scheme to help the process layout and intervenes in the screening work based on the parallel requirements of the original model. Finally, the experiment proved that the optimal layout obtained by this search strategy search had a performance improvement of 47.3% compared with the default layout and achieved an acceleration ratio of 1.419 on 5 nodes.
Key words : high performance computing；community earth system model；matrix-nesting；load balancing
0 引言
在全球變暖的背景下，極端天氣事件發(fā)生頻率顯著增加，嚴(yán)重影響社會經(jīng)濟(jì)和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，天氣預(yù)報以及對重大氣候異常事件預(yù)測的重要性日益凸顯。通用地球系統(tǒng)模式(Community Earth System Model，CESM)作為一種定量描述氣候系統(tǒng)模式變化的數(shù)值模式是氣候模擬的重要工具，也是全球領(lǐng)先的地球系統(tǒng)模型之一。由于全球氣候變化是一個長期且包含各種物理原理的過程，因此使用地球系統(tǒng)模型進(jìn)行氣候變化模擬通常需要對數(shù)十年甚至數(shù)百年的模型進(jìn)行整合推演，并且對計(jì)算資源的需求量巨大，地球系統(tǒng)模型也因而成為高性能計(jì)算在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)極為重要的應(yīng)用之一，但模型的各個模塊在CPU上不均勻的負(fù)載分布對整個氣象模式的計(jì)算速度有非常嚴(yán)重的影響。
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作者信息：
董潤婷，吳 利，黃建強(qiáng)，王曉英
(青海大學(xué) 計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系，青海 西寧810016)
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