将微物理模型 CASIM 移植至 GPU 与 KNL Cray 机器

CASIM 是一个微物理方案，用于计算大气中水汽液滴之间的相互作用，并构成天气与气候模式代码的关键部分。然而所涉及的计算密集，因此研究 CASIM 能否利用新型硬件架构以及可能带来的性能提升是有意义的。本文介绍了通过指令驱动的 OpenACC 将 CASIM 移植到 GPU，以及修改 CASIM 以利用 Knights Landing（KNL）处理器（使用 OpenMP）的工作。由于设计原因，将特定计算内核抽取出来卸载到 GPU 的方案被证明是次优的，因此将整个方案移植到了 GPU 上。我们考量了 OpenACC 用于该方案的适用性与成熟度，以及所确定的重要优化。使 CASIM 利用 KNL 明显更容易，但仍需仔细实验以理解最佳设计与配置。在讨论两个版本 CASIM 相较于最新一代 CPU 的性能后，总结了关于 CASIM 及其他类似模型对这些架构适用性的经验教训。本工作成果为 CASIM 提供了在利用 GPU 与 KNL 时均展现可观性能收益的版本，并使相关社区能够利用这些技术，此外还给出了可应用于其他类似天气与气候模型的通用技术。