“天河一号”两个大型科学计算应用测试

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“天河一号”两个大型科学计算应用测试
来源:中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室
   2010年11月10日至12日，中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室杨超副研究员
对“天河一号”进行了为期约三天的应用测试。测试主要选用了两个算例，分别为全球大气
浅水波全隐式数值模拟（受国家973项目支持）和地球外核热流动数值模拟（受国家863项目
支持），均代表了同一类科学计算应用，即守恒型偏微分方程组的全/半隐式大规模并行求解。
这些测试程序，均以自主研制为主，运行中调用了PETSc等开源软件，并已由杨超在国内外
几大超级计算机平台上进行过多次测试。测试中所采用的数据，均来源于相关应用领域中的
标准应用测试数据集。
   按功能模块划分，测试程序主要包含时间步进器、非线性求解器、线性求解器以及基于区域
分解和多重网格的预条件子等几个部分。以往的测试经验表明，由于此类应用具有紧密耦合
的特点，在MPI进程数达到数千甚至数万时，集合通信占据了大量开销，对超级计算机网络
系统的稳定性和通信性能（延迟、带宽等）都有非常高的要求。对这类应用，从研究经验来
看，并行算法的改进所带来的收益往往高于并行程序本身的优化。尤其是其中的重叠型加法
Schwarz区域分解预条件子，通过与多重粗网格校正相配合，既能有效降低求解线性方程组
的迭代次数，又能减少通讯、改善程序的并行性，从而在大型科学计算中实现较为理想的可
扩展性。
   测试中，针对“天河一号”系统每个计算节点配备二路六核CPU的特点，在每个节点开启2个
MPI进程、每个进程各生成6个线程（GPU和国产CPU都暂未使用）。在国防科大技术人员的
密切配合下，成功完成了数万CPU核上的可扩展性测试──对全球大气浅水波全隐式数值模拟
算例，从4068至82944核,并行效率达到60%；并在地球外核热流动数值模拟中尝试了600亿
未知数的运算规模，被新华社报道为当前“天河一号”上“最成功的应用案例”（如见2010年
11月18日《参考消息》）。
   经测试，“天河一号”系统使用方便，对于大规模科学计算而言，其可用性好、可靠性高、
可扩展性强，网络性能表现优于现有的商用互连网络系统、与国外同类平台的专用高速网络
系统相比并不逊色，整体性能具有优势。
   我们体会，要想做好科学计算应用、尤其是“天河”等高端千万亿次计算平台上的应用，离
不开应用领域、应用软件研制方、系统软件和硬件研制方等不同领域间的进一步相互配合，
更离不开国家对科学计算软件研制与应用的长期、大力支持。