地球系统模式CAS-ESM 2.0性能评估与分析
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国家重点研发计划(2016YFB0200800); 中国科学院信息化专项( XXH13506-302); 国家自然科学基金重点项目(41931183)


Performance Evaluation and Analysis of CAS-ESM 2.0
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    摘要:

    地球系统模式是研究气候变化、进行地球系统建模的重要软件. 中科院地球系统模式CAS-ESM (Chinese Academy of Sciences-Earth System Model)是中科院大气所发展的进行地球系统模拟的高性能计算应用软件, 目前已经发布了2.0版本, 其模拟性能一直是制约其发展的关键因素之一. 为了对CAS-ESM 2.0进行性能评估和分析, 将CAS-ESM 2.0移植到中科院高性能计算系统“元”和“地球系统数值模拟装置”原型系统这两大高性能计算平台上, 开展了耦合数值模拟试验. 试验结果显示, CAS-ESM 2.0存在受平台影响的性能差异, 大气模式的运行时间占比最高, 超过了其他分模式的总和, 部分分模式存在可扩展性问题. 然后对试验结果进行了进一步的分析, 发现大气模式的性能瓶颈主要是由通信造成的. 因而对CAS-ESM 2.0的后续研发发展工作中, CAS-ESM的跨平台优化、大气模式的性能优化与并行算法改进、分模式的可扩展性应该是研究的重点之一.

    Abstract:

    An earth system model is the important software for researching climate changes and modeling the earth system. Chinese Academy of Sciences-Earth System Model (CAS-ESM) is the high-performance computing software for earth system simulation developed by Institute of Atmospheric Physics (IAP), CAS. Currently, IAP has released CAS-ESM 2.0, while simulation performance is always one of the critical factors restricting its development. To evaluate and analyze the performance of CAS-ESM 2.0, we install CAS-ESM 2.0 to two high-performance computing platforms, “Yuan” and “Earth System Numerical Simulation Device”, for coupled numerical simulation. The experiment results show that CAS-ESM 2.0 has different performances affected by these two platforms; the atmosphere model has the highest proportion of running time, exceeding the sum of other component models; some component models perform poorly in scalability. Further analysis reveals that the atmosphere model is mainly restrained by ineffective communication. Future research and development of CAS-ESM 2.0 will focus on cross-platform optimization, atmosphere model upgrading, parallel algorithm improvement, and scalability of component models.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

王天一,姜金荣,迟学斌,张贺,何卷雄,郝卉群.地球系统模式CAS-ESM 2.0性能评估与分析.计算机系统应用,2021,30(6):9-17

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  • 收稿日期:2020-10-16
  • 最后修改日期:2020-11-18
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  • 在线发布日期: 2021-06-05
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