基于矩陣嵌套的CESM負載均衡優化方案檢索策略
2022年電子技術應用第1期
董潤婷，吳 利，黃建強，王曉英
青海大學 計算機技術與應用系，青海 西寧810016
摘要： 通用地球系統模式(Community Earth System Model，CESM)是一種定量描述氣候系統模式變化的數值模式，龐大的科學計算體量已使其成為高性能計算領域的重要研究對象之一。CESM各個氣象子模塊及組件之間的負載不均衡問題使其計算性能一直不理想，且由于其可用的進程布局方案本身的多樣性會導致的巨大檢索量,因此通過人工調參用枚舉尋找最優布局本身并不現實。為解決這個問題，提出并實踐了一種基于矩陣嵌套思想的負載平衡優化方案檢索策略幫助完成進程布局優化過程，并介入基于模式并行要求的篩查保證檢索結果具有可行性，最終通過實驗證明通過這種檢索策略搜索獲得的最優布局與默認布局相比平均計算性能提升達到47.3%,并在5個節點上實現了1.419的加速比。
中圖分類號： TP311
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212426
中文引用格式： 董潤婷，吳利，黃建強，等. 基于矩陣嵌套的CESM負載均衡優化方案檢索策略[J].電子技術應用，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.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212426
中文引用格式： 董潤婷，吳利，黃建強，等. 基于矩陣嵌套的CESM負載均衡優化方案檢索策略[J].電子技術應用，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，極端天氣事件發生頻率顯著增加，嚴重影響社會經濟和人民的生命財產安全，天氣預報以及對重大氣候異常事件預測的重要性日益凸顯。通用地球系統模式(Community Earth System Model，CESM)作為一種定量描述氣候系統模式變化的數值模式是氣候模擬的重要工具，也是全球領先的地球系統模型之一。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，因此使用地球系統模型進行氣候變化模擬通常需要對數十年甚至數百年的模型進行整合推演，并且對計算資源的需求量巨大，地球系統模型也因而成為高性能計算在科學計算領域內極為重要的應用之一，但模型的各個模塊在CPU上不均勻的負載分布對整個氣象模式的計算速度有非常嚴重的影響。
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作者信息：
董潤婷，吳 利，黃建強，王曉英
(青海大學 計算機技術與應用系，青海 西寧810016)
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