基于MPI的MASNUM海浪数值模式的并行化实现

发布时间：2020-07-12 00:46

【摘要】：随着海洋科学尤其数值预报模式的发展，许多海洋模式像POM海洋模式、HYCOM海洋模式、MASNUM海浪数值模式等需要采取大规模计算，同时对于计算速度和精度的要求越来越高。由于并行计算技术的不断发展，并行计算机的规模越来越大，使得并行计算成为解决上述问题的重要途径之一。使用并行处理技术提高海洋模式的运行效率的基本思路：首先寻找串行模式的并行性，确定可并行执行模块。然后选择适当的并行算法，制定并行化方案，最后将并行模式进行编译和运行，同时优化并行程序的性能。本文所采用的MASNUM海浪数值模式是通过研究海浪的传播规律，建立海浪的数值预报模型，实现海浪的模拟与预报。但是，由于计算海域的扩大和空间分辨率的提高，原有的海浪的串行模式无法满足快速计算的需求。本文在基于MPI并行编程环境下，对MASNUM海浪数值模式进行并行化研究。 本文介绍了有关并行处理技术的基本理论，对并行计算机、并行算法的设计与实现以及并行编程进行了论述和总结。由于MPI的可移植性好，功能强大，效率高等优点，阐述基于MPI并行程序设计技术，为模式的并行化实现提供了前提。在此基础上，首先介绍MASNUM模式及其串行程序结构，并对串行模式中各个函数的运行时间进行统计与分析，从而对该模式进行并行分析，确定模式的可并行化的部分以及占总运行时间的比重。然后构建并行环境，在Windows NT环境下，安装与配置MPICH，同时对源代码进行编译与运行。最后发展模式的并行算法，包括数值并行算法和基于Jacobi迭代的并行算法，将模式的计算任务分解成若干个子任务，确定各子任务之间的数据依赖关系，从而进行通信，制定基于网格点并行化方案。在高性能计算平台上，结合MPI和Fortran语言，对该模式进行并行化实现，并结合加速比和Amdahl定律，对实验结果进行分析。分析结果表明，随着处理器个数的增加，与原有的串行模式相比，并行模式的运行速度得到显著提高，并取得了较高的并行性能，在一定程度满足了海浪模式业务化预报的要求。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P731.22

【参考文献】

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本文编号：2751171