基于神威太湖之光的NAMD软件的移植与优化

纳米级粒度分子动力学NAMD是基于Charm++并行编程模型的开源免费分子动力学模拟软件,能够在大规模并行计算机上快速模拟百万原子级别的大分子体系。太湖之光是中国自主研发的超级计算机,峰值性能为125.4Pflop/s,共有1 000多万个核心,整机Linpack效率不低于70%。NAMD在空间上对原子进行划分,在计算上对力进行划分,充分曝露出单步模拟的并行度,并通过CHARM++对负载平衡进行调控。针对NAMD进行模拟计算时的特点,移植并优化了NAMD的核心计算代码,让其能够更好地运行在超级计算机神威太湖之光上,优化后性能提高了近20倍,单个核组的性能较Intel XeonE5-2650v2提高3倍。扩展性方面目前至多可达到325万核的并行度,突破百万核大关。

神威太湖之光上OpenFOAM的移植与优化

神威太湖之光是最新一期Top500榜单上排名第一的超级计算机,峰值性能为125.4PFlops,其计算能力主要归功于国产SW26010众核处理器。OpenFOAM(Open Source Field Operation and Manipulation)是计算流体力学领域使用最广泛的开源软件包,但是由于其基于C++实现,与神威太湖之光上的异构众核处理器SW26010的编译器不兼容,因此无法直接在该架构上有效运行。基于SW26010的主核/从核的体系架构移植了OpenFOAM的核心计算代码,并采用混合语言编程实现的方式来解决编译不兼容的问题。此外,通过寄存器通信、向量化和双缓冲等优化手段,单核组的性能较优化后的主核代码提高了8.03倍,较Intel(R)Xeon(R)CPU E5-2695v3的串行执行性能提高了1.18倍。同时,将单核组的实现扩展到了神威太湖之光的大规模集群上,并进行了强可扩展性测试,256个核组上实现了184.9倍的加速。采用的移植方式和优化手段也可以为其他复杂C++程序在神威太湖之光上的应用提供借鉴。

面向国产异构众核架构的CFD非结构网格计算并行优化方法

神威太湖之光在2016-2018年度全球超算top500榜单中排名第一,峰值性能为125.4 PFlops,其计算能力主要归功于国产SW26010众核处理器。由于CFD非结构网格计算存在拓扑关系复杂、离散访存问题严重、存在强相关的线化方程求解等问题,导致CFD非结构网格计算一直是国产众核超级计算机移植与优化的难题。为充分发挥国产异构众核架构的计算效能,首先,提出了一种数据重构模型,提高了数据的局部性和可并行性,使得数据结构更加适应众核架构的特点;然后,针对非结构网格数据存放的无序性导致的离散访存问题,提出了一种基于信息关系预存的离散访存优化方法,将离散访存转化为连续访存;最后,对于存在强相关的线化方程求解问题,引入了从核阵列流水线并行的思想,实现了众核并行。优化后CFD非结构网格计算的整体性能相比原始版本提升了4.19倍,相比通用CPU提升了1.2倍,并扩展到62.4万计算核心的并行规模,能保持64.5%的并行效率。

基于“神威·太湖之光”的三维有限长方柱绕流直接数值模拟

[目的]旨在探索基于国产处理器的异构超算平台在船舶水动力学领域的应用效果。[方法]基于“神威·太湖之光”超级计算机,采用MPI+Athread的编程方法,对雷诺数Re=250的三维有限长方柱绕流进行直接数值模拟,并对模拟结果进行验证与分析。模拟使用的网格规模最大达到245.76百万(t=600 s,dt=0.001),并行规模最高达到133 120核。[结果]经统计,在133 120核并行规模下245.76百万网格规模计算能够在数天之内完成。模拟结果显示,在三维有限长方柱绕流流动中,方柱各横截面具有同步涡脱的特征;对比不同长径比方柱绕流尾流场,发现长径比为2时的尾流涡系结构呈现出长直状的流向涡二次结构,而大于2时则为反对称卡门涡。[结论]模拟表明,基于“神威·太湖之光”超级计算机的多级并行计算可有效减少小尺度网格下因规模提升所导致的时间成本,在船舶水动力学领域有较好的应用潜力。

高性能计算:下一步如何迈?

上海超级计算中心有一台“神威Ⅰ”超级计算机，这是国家计算机研究中心研制的。经过全体同志三年多的努力，该中心在高性能计算机应用方面取得了一定的成果，譬如说给湖南大学做汽车冲压项目，想必汽车专业的同志比较清楚，根据汽车整体的样模形成汽车顶板的工艺，这种工艺技术含量较高，是很多汽车公司都无法企及的，然而。

金怡濂和"神威"趣事

2003年2月28日,我国高性能计算研制领域的杰出科学家、"神威"超级计算机总设计师金怡濂院士,站在第三届国家最高科学技术奖的领奖台上,从国家主席江泽民同志的手中接过获奖证书和500万元奖金支票.