自然资源部海洋一所在大规模高效并行计算领域取得突破！

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自然资源部第一海洋研究所

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在大规模高效并行计算领域取得突破

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——实现了海洋环流模式两千七百万核的并行

认识海洋、经略海洋，需要精准的海洋环境模拟与预报。对预报而言，海洋数值模式相当于工业的“芯片”。虽然海洋模式已取得了长足的进步，但目前海洋模式的水平分辨率普遍偏低以及模式中部分物理过程仍不够清晰是影响海洋模拟和预测精度的两大瓶颈问题。模式分辨率就如同照相机的像素，像素越高则照片越清晰。而模式的分辨率每提高一倍，则计算量大约提升十倍，大规模高效并行是高分辨率海洋数值模拟的“卡脖子”技术。

来自自然资源部第一海洋研究所、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、国家超级计算无锡中心、北京师范大学、山东大学和华东师范大学等多家单位组成了优势科研攻关团队，基于青岛超级计算与大数据中心的神威新一代超级计算机系统，针对国产计算机硬件和软件特点，创新性地设计了海洋环流模式的自适应四级并行框架，在国际上首次实现了“经度-纬度-深度”三维空间剖分和高效并行；发展了基于RMA通信的复合分块并行算法和动态LDCache调度算法，设计了海洋环流模式与主从核架构适配的细粒度优化算法；开展了“双精-单精-半精”的三级混合精度优化，实现了海洋环流模式在保证计算精度条件下，计算速度和大规模并行可扩展性有效提升。通过以上系列关键技术的突破，在国际上首次开展了相当全球500 米超高分辨率的海洋环流模拟测试，加速比近线性，并行规模高达两千七百万核（27,988,480核），并行加速效率高达99.29%，浮点计算峰值达到1.97 PFLOPS，在大规模超算领域达到了世界领先水平。

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该重大成果有望能够大幅度、实质性提高海洋环境与气候变化的预测保障能力，是我国海洋强国建设的核心科技突破。研究成果“swNEMO_v4.0: an ocean model based on NEMO4 for the new-generation Sunway supercomputer”近日发表在地球系统模式发展领域权威期刊Geoscientific Model Development上（https://doi.org/10.5194/gmd-2022-33）。

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  四级并行框架（左上）、混合精度优化（右上）示意图以及强扩展性（左下）和弱扩展性（右下）测试结果

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查看原文：www.52ocean.cn