superB/NRPy：面向第三代引力波科学的可扩展、基于任务的数值相对论

现代引力波科学对数值相对论模拟的精度和计算强度要求越来越高。基于Python的开源NRPy框架为数值相对论生成优化的C/C++代码，包括完整的数值相对论代码BlackHoles@Home，该代码利用了非常适合许多天体物理场景的曲线坐标系。历史上，BH@H仅限于单节点OpenMP CPU并行。为解决此问题，我们引入了superB，这是NRPy的一个开源扩展，能够从现有的BH@H模块自动生成可扩展的、基于任务的、分布式内存的Charm++代码。生成的代码对NRPy/BH@H使用的结构化网格进行分区，并管理它们之间的通信。其正确性通过在单节点上与标准OpenMP版本产生比特一致的结果，以及通过使用类柱坐标系进行对头双黑洞模拟并准确再现准正则模（最高至ℓ=8）得到验证。superB/NRPy生成的代码表现出优异的强扩展性，对于一个大型三维真空测试，与原始单节点OpenMP代码相比，在64个节点（7168个核心）上实现了约45倍的加速。这种可扩展的基础设施有利于高要求的模拟，并为未来支持多块网格奠定了基础，目标是长旋进、极端参数研究和快速后续分析。该基础设施可以轻松集成到其他基于NRPy/BH@H的项目中，为广义相对论流体动力学代码GRoovy实现高性能扩展，并便于未来通过NRPy-CUDA项目与GPU加速耦合。