面向 Oakforest-PACS 系统上格点量子色动力学模拟的可扩展至 16000 个 MPI 进程的混合精度求解器

格点量子色动力学（格点 QCD）是有限离散时空格上的量子场论，旨在通过数值计算夸克与胶子的动力学来探索亚原子世界的性质。求解夸克运动方程（夸克求解器）是格点 QCD 模拟中计算量最大的部分，也是经典的高性能计算应用之一。我们针对名为“Oakforest-PACS”的大型 Intel Xeon Phi (KNL) 系统开发了一种混合精度夸克求解器，采用 $O(a)$ 改进的 Wilson 夸克作为离散化的运动方程。该求解器的嵌套 BiCGSTab 算法通过混合精度、MPI 卸载的通信计算重叠、SIMD 向量化以及线程窃取等技术进行了实现与优化。在该系统 8000 个节点上使用 16000 个 MPI 进程，针对 $400^3\times 800$ 格子，该求解器在单精度部分达到了 2.6 PFLOPS 的计算性能。