Гибридная модель мелкой воды с использованием технологий MPI-OpenMP

Гибридные модели, сочетающие в себе технологии MPI для архитектур с распределенной памятью и OpenMP для архитектур с общей памятью, становятся все более популярными, поскольку современные высокопроизводительные вычислительные системы представляют собой набор многопроцессорных систем с общей памятью, объединенных в единую коммуникационную сеть. Создание моделей, использующих эффективно ресурсы таких вычислительных систем, является актуальной задачей на сегодняшний день. В работе представлена гибридная модель мелкой воды, являющаяся одним из основных блоков сигма-модели общей циркуляции океана INMОM. Программная архитектура модели мелкой воды построена по принципу разделения обязанностей, что позволяет выделить параллельные методы и подходы в обособленную часть программы с целью их адаптации для вычислительных систем различного типа и гибкой настройки программного комплекса на целевую вычислительную систему. В модели мелкой воды был реализован гибридный подход, при котором расчетная область разбивается на блоки малого размера, которые затем распределяются по всем доступным процессам и потокам. Распределение блоков основано на методе балансировки нагрузки с использованием кривых Гильберта, что обеспечивает равномерную вычислительную нагрузку на процессы и потоки. В работе показано преимущество этого похода в сравнении с широко распространенным векторным подходом, в котором OpenMP используется только для распараллеливания двумерных циклов по подоблостям. Тестирование гибридной модели проводилось на кластере ИВМ РАН и суперкомпьютере МСЦ РАН. Была показана эффективность разбиения на блоки малого размера, показана эффективность гибридного подхода в сравнении с чистым MPI режимом и также продемонстрирована эффективность метода балансировки нагрузки вычислений.