《十億億科學計算中共性算法的高效能實現研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由莫則堯擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：十億億科學計算中共性算法的高效能實現研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：莫則堯
- 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高性能科學計算即將達到每秒十億億次，共性算法的高效能實現是其中的重要環節之一翻捆道。本項目面向武器物理、裂變與聚變能源、電磁環境、核材料與含能材料、重大裝備工程力學、全球氣候預測等重大套用，針對十億億次計算炒獄照中並行牆、訪存牆、功耗牆、可靠牆、編程牆等瓶頸，緊密圍繞數學物理方程計算方法和數值算法的共性算法，以千萬億次計算相關研究成果為基礎，從高效能數據結構、算法計算模型與高效能編程模型、算法計算模型向高性能計算機體系結構的映射實現、運行時性能最佳化等四個層次和基於高效能編程模型的共性算法軟體包研製等方面，開展十億億次高效能實現研究。研究成果集成到JASMIN等框架中，成功支撐十個左右套用軟體開展十億億次數值模擬驗證。項目研究將為科學計算從千萬億次提升到十億億次建立高效能實現的研究架構與基礎理論，對推動高性能科學計算的創新發展具有重要意義。
結題摘要
本項目面向高性能科學計算中的共性算法，從領域並行編程模型、數據結構與並行算法、重大套用驗證與示範等方面，開展了面向十億億次計算的高效能實現研究。項目取得主要成果如下： （1）提出禁止並行實現的領域並行編程模型。面向科學與工程計算中普遍存在的結構格線和非結構格線套用，通過對格線數據、並行算法和並行程式的抽象，分別提出格線數據模型、數據並行模型和並行計算構件模型，建立了禁止並行實現的領域並行編程模型。基於該模型，建立了並行套用軟體研製新流程，支撐批量套用軟體以串列編程的方式實現自動悼霸並行。 （2）提出一系列十億億次高效能實現並行算法與性能最佳化方法。包括：匹配計算機體系結構的六層嵌套格線數據結構、適應百萬CPU核的“聯邦—克隆—格線層—格線片”六層嵌套並行算法及相應的“MPI-MPI- MPI-OpenMP-OpenMP-向量”六層嵌套並行實現方法、模式驅動的並行算法、適應異構協同計算的並行算法(含：面向天河二A的通嚷祝匪信拓撲映射算法、異構協同數據通信算法和負載平衡算法、粒子輸運異構協同算法、間斷有限元和SpGEMM眾核性能最佳化方法等)，這些算法可支撐共性計算模式到十億億次計算機上的高效映射。 （3）重大套用驗證與示範。將上述成果集成到JASMIN、JAUMIN和JCOGIN編程框架，支撐武器物理、雷射聚變、工乃榜習元程力學、核能開發與利用、電磁環境、材料科學、水利水電等重大套用領域共40多個套用軟體從千萬億次提升到億億次，多個軟體在天河二號上擴展到百萬量級異構核，取得一批具有顯示度的實際套用大規模模擬結果，包括：支撐我國雷射聚變基準靶簽才盼設計首次實現三維整體模擬、實現真實模型飛機電磁脈衝防護設計80億格線高精細模擬、支撐航母艦船整體電磁安全性分析在13萬自主CPU核上的高精細模擬、支撐國內首次完成三峽大壩51億自由度整體靜力分析、突破商業軟整芝白旋件無法勝任的光機裝置上億自由度穩定性分析等。 項目成果獲國家技術發明二等獎1項，發明專利6項，發表學術論文54篇，培養研究生15名, 為我國重大套用提供了堅實的高效能實現支撐。
