启用 OpenACC 的 Nek5000 在多个基于 GPU 的 HPC 系统上的强扩展性

我们给出了高阶谱元流体动力学求解器 Nek5000 的 OpenACC 加速实现在强并行扩展性上的新结果。所考虑的测试用例为直管中充分发展湍流的直拉模拟（direct numerical simulation），基于摩擦速度与管半径的两个不同雷诺数 $Re_\tau=360$ 和 $Re_\tau=550$。强扩展性在多个支持 GPU 的 HPC 系统上测试，包括瑞士 Piz Daint 系统、TACC 的 Longhorn、Jülich 的 JUWELS Booster 以及瑞典的 Berzelius。性能结果表明，在这些不同系统上，与 CPU 版本相比，GPU 加速版本可实现 3-5 倍的加速。在 JUWELS Booster 系统上，对于 $Re_\tau=550$ 算例，将 GPU 数量从 64 增加到 512 时，20 个时间步的运行时间从 43.5 秒减少到 13.2 秒。这说明了 GPU 加速版本具备高吞吐量的潜力。同时，GPU 的强扩展性极限显著更大，约为每秩 $2000-5000$ 个单元；而 CPU 秩约为 $50-100$。