Пользовательское программное обеспечение ускоряет и стабилизирует известную модель океана

Команда из национальных лабораторий Ок-Ридж, Лос-Аламос и Сандия Министерства энергетики США (DOE) разработала новый алгоритм-решатель, который сокращает общее время выполнения океанической модели MPAS-Ocean (части общесистемной модели Земли E3SM) на 45%. Алгоритм предназначен для одновременного моделирования двух категорий волн: быстрых баротропных и медленных бароклинных.

Это достижение имеет ключевое значение для климатических исследований и прогнозирования погоды, поскольку океан является одним из наиболее требовательных к вычислительным ресурсам компонентов моделей земной системы. Новый решатель для баротропной системы является полунеявным, что делает его безусловно устойчивым и позволяет использовать более крупные временные шаги без потери точности, экономя значительное время и вычислительную мощность. Тестирование проводилось на суперкомпьютерах Summit, Compy, Cori и Perlmutter.

«Полезная особенность этого интерфейса в том, что мы можем использовать каждый компонент пакета C++ на языке Fortran, поэтому нам ничего не нужно переводить, что очень удобно», — сказал ведущий автор работы Хён Кан, вычислительный специалист по наукам о системе Земли из ORNL. Использование библиотеки ForTrilinos позволило избежать ручного кодирования и использовать уже оптимизированные алгоритмы.

Хотя текущий решатель всё ещё имеет ограничения масштабируемости на системах высокопроизводительных вычислений, он показывает исключительную производительность до определённого числа процессоров. Исследователи работают над оптимизацией коммуникаций между процессорами и портированием решателя на GPU. «Этот решатель баротропной моды позволяет ускорить вычисления и повысить стабильность интеграции моделей, особенно MPAS-Ocean... что поможет нам легче предсказывать последствия изменения климата на десятилетия или даже тысячи лет вперёд», — отметил Кан.