基于 Intel MIC 架构的浅水方程求解器集群级调优

本文展示了在配备 Intel Xeon Phi 协处理器的集群上对混合 OpenMP+MPI 计算流体动力学代码（浅水方程求解器）执行环境的优化。讨论内容包括：(1) 控制 OpenMP 线程的数量和亲和性以优化内存带宽访问；(2) 调整 OpenMP 和 MPI 的互操作以划分问题从而获得更好的数据局部性；(3) 对 MPI 秩进行排序，将部分流量导向更快的通信通道；(4) 基于 InfiniBand 架构在 Xeon Phi 协处理器之间使用高效的点对点通信。经过调优，该应用在 2 个计算节点中的多达 8 个 Intel Xeon Phi 协处理器上实现了 90% 的并行扩展效率。对于更大的问题，由于计算与通信比率更高，可扩展性甚至更好。然而，此类规模的问题无法装入单个协处理器的内存。单个 Intel Xeon Phi 协处理器 7120P 上的求解器性能超过了双插槽 Intel Xeon E5-2697 v2 CPU 的性能，倍率为 1.6x。在每计算节点 4 个协处理器的 2 节点集群中，MIC 架构产生的性能比 CPU 高出 5.8 倍。为了在 MIC 架构上实现所报告的性能，只需更改一行遗留 Fortran 代码（不计命令行接口的更改）。本文中讨论的方法可直接应用于其他利用混合 OpenMP+MPI 方法的带宽受限模板算法。