×

提高ParFlow模拟代码的速度和可扩展性。 (英文) Zbl 1405.65116号

摘要:区域水文研究通常由地下水流的高分辨率模拟提供支持,这需要昂贵且广泛的计算。高效使用最新的高性能并行计算系统成为必要。仿真软件ParFlow已被证明能够满足这一要求,并显示出对多达16384个进程具有极好的解算器可扩展性。在目前的工作中,我们表明,为了充分利用当前PB规模的机器,代码需要进一步增强。我们将ParFlow的计算网格并行化方法确定为一个中心瓶颈。我们建议使用并行自适应网格细化库提供的快速网格划分算法来重组该子系统p4测试。我们通过修改代码的选定部分来重新解释现有网格数据结构,从而以一种微创的方式实现了这一点。我们评估了修改后的ParFlow版本的缩放性能,结果表明弱电和将Juquene超级计算机的核心扩展到458k,并大规模测试示例应用程序。

MSC公司:

65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
65M50型 涉及偏微分方程初值和初边值问题数值解的网格生成、细化和自适应方法
2005年5月 并行数值计算
65日元 数值算法的封装方法
76S05号 多孔介质中的流动;过滤;渗流
86A05型 水文学、水文学、海洋学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Ashby,S.F.,Falgout,R.D.:地下水流动模拟的并行多重网格预处理共轭梯度算法。编号。科学。工程124(1),145-159(1996)·doi:10.13182/NSE96-A24230
[2] Balay,S.、Brown,J.、Buschelman,K.、Eijkhout,V.、Gropp,W.D.、Kaushik,D.、Knepley,M.G.、McInnes,L.C.、Smith,B.F.、Zhang,H.:PETSC用户手册。技术代表ANL-95/11-第3.3版,阿贡国家实验室(2012)
[3] Burstede,C.、Ghattas,O.、Gurnis,M.、Isaac,T.、Stadler,G.、Warburton,T.和Wilcox,L.C.:极端规模AMR SC10:高性能计算、网络、存储和分析国际会议论文集。ACM/IEEE(2010)
[4] Burstede,C.,Holke,J.,Isaac,T.:莫顿型空间填充曲线不连续数量的界限。arXiv:1505.05055(2017)·Zbl 1422.65243号
[5] Burstedde,C.,Wilcox,L.C.,Ghattas,O.:p4est:用于八叉树森林上的并行自适应网格细化的可扩展算法。SIAM J.科学。计算。33(3), 1103-1133 (2011). https://doi.org/10.1137/100791634 ·Zbl 1230.65106号 ·数字对象标识代码:10.1137/100791634
[6] Camporese,M.、Paniconi,C.、Putt,M.和Orlandini,S.:基于路径的径流路径、基于边界条件的耦合和多源观测数据同化的地表-地下水流建模。水资源。第46(2)号决议(2010年)。https://doi.org/10.1029/2008WR007536.W02512
[7] Dai,Y.,Zeng,X.,Dickinson,R.E.,Baker,I.等:公共土地模型。牛市。Am.Meteorol公司。Soc.84(8),1013(2003)·doi:10.1175/BAMS-84-8-1013
[8] Gasper,F.、Goergen,K.、Shrestha,P.、Sulis,M.、Rihani,J.、Geimer,M.和Kollet,S.:在大规模并行超级计算环境中实现和缩放全耦合地面系统建模平台(TerrSysMP v1.0)——JUQUEEN(IBM blue gene/Q)的案例研究。地质科学。模型开发7(5),2531-2543(2014)。https://doi.org/10.5194/gmd-7-2531-2014。 http://www.geosci-model-dev.net/7/2531/2014/ ·doi:10.5194/gmd-7-2531-2014年
[9] Geimer,M.,Wolf,F.,Wylie,B.,ÁbraháM,E.,Becker,D.,Mohr,B.:scalasca性能工具集架构。并发与计算:实践与经验22(6),702-719(2010)
[10] Hammond,G.E.,Lichtner,P.C.,Mills,R.T.:评估并行地下模拟器的性能:PFLOTRAN.Water Resour的示例。第50号决议,208-228(2014年)。https://doi.org/10.1002/2012WR013483 ·doi:10.1002/2012WR013483
[11] Hardelauf,H.、Javaux,M.、Herbst,M.,Gottschalk,S.、Kasteel,R.、Vanderborgt,J.、Vereecken,H.:PARSWMS:模拟可变饱和土壤中三维水流和溶质运移的并行模型。渗流区J.6(2),255-259(2007)·doi:10.2136/vzj2006.0156
[12] Haring,R.A.,Ohmacht,M.,Fox,T.W.,Gschwind,M.K.,Satterfield,D.L.,Sugavanam,K.,Coteus,P.W.,Heidelberger,P.,Blumrich,M.A.,Wisniewski,R.W.等人:IBM蓝色基因/Q计算芯片。Micro,IEEE 32(2),48-60(2012)·doi:10.10109/2018年11月20日
[13] Hindmarsh,A.C.,Brown,P.N.,Grant,K.E.,Lee,S.L.,Serban,R.,Shumaker,D.E.,Woodward,C.S.:SUNDIALS:非线性和微分/代数方程求解器套件。ACM事务处理。数学。柔和。(TOMS)31(3),363-396(2005)·Zbl 1136.65329号 ·数字对象标识代码:10.1145/1089014.1089020
[14] Hwang,H.T.,Park,Y.J.,Sudicky,E.,Forsyth,P.:一个并行计算框架,用于解决综合地表-地下水文系统中的流量和输移。环境。模型软件。61, 39-58 (2014). https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2014.06.024。 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364815214001972 ·doi:10.1016/j.envsoft.2014.06.024
[15] Isaac,T.、Burstedde,C.、Wilcox,L.C.、Ghattas,O.:分布式八叉树林的递归算法。SIAM J.科学。计算。37(5),C497-C531(2015)。https://doi.org/10.1137/140970963 ·Zbl 1323.65105号 ·数字对象标识代码:10.1137/140970963
[16] Jones,J.E.,Woodward,C.S.:Newton-Krylov多重网格求解器,用于大规模、高度不均匀、可变饱和流动问题。高级水资源。24(7), 763-774 (2001). https://doi.org/10.1016/S0309-1708(00)00075-0 ·doi:10.1016/S0309-1708(00)00075-0
[17] 朱利希超级计算中心:朱奎恩:位于朱利希超计算中心的IBM Blue Gene/Q超级计算机系统。《大型研究设施杂志》A1(2015)。https://doi.org/10.17815/jlsrf-1-18
[18] Karypis,G.,Kumar,V.:METIS——非结构化图划分和稀疏矩阵排序系统。版本2.0(1995)
[19] Karypis,G.,Kumar,V.:多级图划分和稀疏矩阵排序的并行算法。J.并行分布。计算。48, 71-95 (1998) ·doi:10.1006/jpdc.1997.1403
[20] Kollet,S.J.,Maxwell,R.M.:综合地表地下水流动建模:平行地下水流动模型中的自由地表陆上流动边界条件。高级水资源。29, 945-958 (2006) ·doi:10.1016/j.advwatres.2005.08.006
[21] Kollet,S.J.、Maxwell,R.M.:利用综合分布式流域模型捕捉地下水动态对陆面过程的影响。水资源。第44(2)号决议(2008年)。https://doi.org/10.1029/2007WR006004
[22] Kollet,S.J.、Maxwell,R.M.、Woodward,C.S.、Smith,S.、Vanderborgt,J.、Vereecken,H.、Simmer,C.:利用大规模并行计算机资源在水文分辨率下验证区域尺度水文模拟概念。水资源。第46号决议,W04201(2010)。https://doi.org/10.1029/2009WR008730 ·doi:10.1029/2009WR008730
[23] Kuznetsov,M.、Yakirevich,A.、Pachepsky,Y.、Sorek,S.、Weisbrod,N.:包气带和地下水中水流的准三维建模。J.水文学。450-451140-149(2012年)。https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.05.025 ·doi:10.1016/j.jhydrol.2012.05.025
[24] Liu,X.:使用开源有限体积平台openfoam,使用非结构化网格对三维可变饱和地下水流动进行并行建模。计算流体力学的工程应用7(2),223-238(2013)。https://doi.org/10.1080/19942060.2013.11015466 ·doi:10.1080/19942060.2013.11015466
[25] Maxwell,R.M.:用于并行、大规模、集成水文建模的地形跟随网格变换和预处理程序。高级水资源。53, 109-117 (2013). https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2012.10.001。 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0309170812002564 ·doi:10.1016/j.advwatres.2012.10.001
[26] Miller,C.T.,Dawson,C.N.,Farthing,M.W.,Hou,T.Y.,Huang,J.,Kees,C.E.,Kelley,C.,Langtangen,H.P.:水资源问题的数值模拟:模型、方法和趋势。高级水资源。51, 405-437 (2013). https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2012.05.008。 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0309170812001431,35周年纪念版·doi:10.1016/j.advwatres.2012.05.008
[27] Müller,A.,Kopera,M.A.,Marras,S.,Wilcox,L.C.,Isaac,T.,Giraldo,F.X.:使用大气模式NUMA进行PB尺度数值天气预测的强标度。arXiv:1511.01561(2015)
[28] 马斯卡特:石油生产的物理原理。IHRDC,马萨诸塞州波士顿(1981)
[29] OpenCFD:OpenFOAM-开源CFD工具箱用户指南。英国OpenCFD有限公司。1.4版(2007)
[30] Orgogozo,L.,Renon,N.,Soulaine,C.,Hénon,F.,Tomer,S.,Labat,D.,Pokrovsky,O.,Sekhar,M.,Ababou,R.,Quintard,M.:理查兹方程的开源大规模并行解算器:流域尺度水通量的机械建模。计算。物理学。Commun公司。185(12), 3358-3371 (2014). https://doi.org/10.1016/j.cpc.2014.08.004。 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465514002719 ·Zbl 1360.76008号 ·doi:10.1016/j.cpc.2014.08.004
[31] Osei-Kuffuor,D.,Maxwell,R.,Woodward,C.:改进的数值解算器,用于地下和地面流的隐式耦合。高级水资源。74, 185-195 (2014) ·doi:10.1016/j.advwatres.2014.09.006
[32] 性能应用程序编程接口(PAPI)。http://icl.cs.utk.edu/papi/。上次访问时间:2017年9月7日
[33] Richards,L.A.:液体通过多孔介质的毛细传导。物理学1,318-33(1931)·兹比尔0003.28403 ·数字对象标识代码:10.1063/1.1745010
[34] Rudi,J.,Malossi,A.C.I.,Isaac,T.,Stadler,G.,Gurnis,M.,Staar,P.W.J.,Ineichen,Y.,Bekas,C.,Curioni,A.,Ghattas,O.:复杂偏微分方程的极值隐式解算器:地幔中的高度非均匀流高性能计算、网络、存储和分析国际会议论文集,第5页。ACM(2015)
[35] Saviankou,P.、Knobloch,M.、Visser,A.、Mohr,B.:Cube v4:从性能报告浏览器到性能分析工具。Procedia Computer Science 51,1343-1352(2015)。https://doi.org/10.1016/j.procs.2015.05.320 ·doi:10.1016/j.procs.2015.05.320
[36] Hypre团队:Hypre-高性能预处理器用户手册。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室应用科学计算中心。软件版本2.0.9b(2012)
[37] Tompson,A.F.B.,Ababou,R.,Gelhar,L.W.:三维转向带随机场发生器的实现。水资源。第25(10)号决议,2227-2243(1989)。https://doi.org/10.1029/WR025i010p02227 ·doi:10.1029/WR025i010p02227
[38] Tuminaro,R.S.、Heroux,M.、Hutchinson,S.A.、Shadid,J.N.:阿兹特克官方用户指南。桑迪亚国家实验室,sand99-8801j edn(1999)
[39] Yamamoto,H.、Zhang,K.、Karasaki,K.,Marui,A.、Uehara,H.和Nishikawa,N.:关于CO2地质储量对区域地下水流量影响的数值调查。《国际温室气体控制杂志》3(5),586-599(2009)。https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2009.04.007 ·doi:10.1016/j.ijggc.2009.04.007
[40] Zhang,K.,Wu,Y.S.,Pruess,K.:TOUGH2-MP的用户指南,TOUGH2代码的大规模并行版本。劳伦斯伯克利国家实验室。LBNL-315E报告(2008)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。