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我国学者利用超算首次实现全球范围公里尺度大气物理-化学全耦合数值模拟

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大气数值模拟是研究和预测灾害性天气事件的关键手段,但目前仍存在着较大的预报偏差。为了提高数值预报能力,模式需要具备精细的时空分辨率,还需要包括许多复杂的物理和化学过程。但构建这样的大气数值模式会带来模拟计算量的指数增长和极大规模的数据读写需求,使得包含大气成份演变过程的全球高分辨率大气数值模式至今仍然是难以突破的挑战问题。中国科学技术大学在新一代神威超级计算机上首次实现了长达7天的全球3公里空间分辨率大气物理-化学全耦合数值模拟试验,全面展现了新一代国产超级计算机软硬件系统的可靠性、稳定性和可用性,以及在其上构建全球高分辨率大气模拟系统的重大应用前景。相关成果在2022314日发表于《科通报学》。

中国科学技术大学基于新一代国产神威超算平台,研发了包含大气成份演变过程的全球高分辨率非静力平衡大气数值模式iAMAS,在大规模数据读写速度、并行计算效率、规模可扩展性、运行时效性等多个方面填补了国内外大气数值模拟的空白。根据新一代神威超级计算机通信系统和文件系统的特点,项目组通过重构数据读写策略充分利用了系统提供的读写带宽、释放文件系统性能,解决严重影响iAMAS模拟可扩展性的读写瓶颈;全面优化从系统到芯片各层次的并行计算方法,充分发挥新一代申威异构众核处理器芯片架构的计算特点,实现了进程级、线程级和数据级三个层次的并行,大幅提升了大气物理-化学全耦合数值模拟的并行计算效率。最终,将数值模拟试验的规模扩展到近4000万处理器核(约60万核组)时,并行效率仍保持在76.2%,在频繁的大规模数据读写的情景下实现了每小时模拟0.82天的速度,实现了全球3km大气物理-化学耦合的高效数值模拟试验,达到了国际领先水平。

神威系列超级计算机是我国自主研发的超级计算机系统。新一代神威超级计算机上拥有的强大计算和系统通信能力来自我国自主设计的申威高性能计算和通信芯片,其上丰富的面向HPC、AI和大数据融合应用场景的大规模并行计算软件开发环境和工具,为各重大应用领域的计算模型创新与实现提供了强大、灵活的系统软件支撑,使多尺度、高分辨率、长时间、高精度的超大规模模拟成为可能,特别是已展现出对多学科、多物理、多时空分辨率的耦合模拟能力。

信息来源:

中国科学技术大学新闻网.http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78676.htm

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927322000998

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