一种面向地球系统模式的高效并行计算框架

来源：计算机工程与科学杂志2025年第10期北京时间：

作者：王冬, 刘壮, 黄小猛

单位：清华大学地球系统科学系，北京 100084

摘要：地球系统模式是理解过去气候与环境演变机理、预估未来全球变化情景的关键工具。然而，计算机技术的快速发展为模式开发带来了编程、移植和优化方面的巨大挑战。面向地球系统模式的自动并行计算框架OpenArray 2.0，通过提供自定义算子接口，结合隐式并行、计算流图优化、自动代码生成、即时编译和动态调度I/O等技术，实现了模式开发与计算机底层并行架构的解耦。OpenArray 2.0允许用户使用类似Matlab的串行语法编写模式，而底层可在x86、申威、GPU等多种异构平台上实现并行执行。基于OpenArray 2.0开发的模式在x86平台19 200核下，可达到75%的并行效率，运行速度接近手工优化代码；在申威平台百万核环境下，实现了70%的扩展性；在GPU平台上也展现出优异的执行效率。OpenArray 2.0为地球系统模式的发展提供了一种极具潜力的替代工具，有望显著提升模式开发效率和计算性能。

关键词：算子,隐式并行,高性能计算,地球系统模式,

基金资助：国家重点研发计划（2022YFE0195900）；国家自然科学基金（42125503，42430602）