Cholla-MHD：Cholla 天体物理模拟代码的百亿亿次级磁流体动力学扩展

我们提出了对大规模并行、GPU 原生的天体物理流体动力学代码 Cholla 的磁流体动力学 (MHD) 扩展。Cholla-MHD 在静态笛卡尔网格上使用 Van Leer + 约束传输积分器、HLLD 黎曼求解器以及二阶和三阶重构方法求解欧拉形式的理想 MHD 方程。Cholla 的 MHD 模块在使用 HLLD 黎曼求解器和二阶重构时，可以在 NVIDIA A100 上实现每秒每 GPU 约 2.6 亿次单元更新。GPU 固有的并行性加上新硬件中增加的内存，使得 Cholla 的 MHD 模块能够在单个高端 GPU（例如具有 80GB 内存的 NVIDIA A100）上执行分辨率约为 $500^3$ 个单元的模拟。我们采用 GPU 直接 MPI 在百亿亿次级超级计算机 \textit{Frontier} 上获得了出色的弱扩展性，同时使用了 74,088 个 GPU 并模拟了总计超过 7.2 万亿个单元的网格。一系列测试问题突显了 Cholla 的 MHD 模块的准确性，并证明了解中的零磁散度被维持在舍入误差水平。我们还介绍了使用 GoogleTest、GitHub Actions 和 Jenkins 的新测试和持续集成工具，这些工具使开发更加稳健和准确，并确保了未来的可靠性。