海洋环流模式的并行I/O优化研究

来源：计算机工程与应用杂志2024年第17期北京时间：

作者：李云龙, 祝子杰, 孟祥飞, 朱小谦, 林鹏飞, 刘海龙, 李庚

单位：1.国家超级计算天津中心，天津 300457；2.国防科技大学 气象海洋学院，长沙 410073；3.中国科学院大气物理研究所 大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室，北京 100000

摘要：极端气象日益加剧，严重影响人类的生产生活。如何有效应对未来极端环境变化，更关乎国际竞争。因此，发展高精度高分辨率的地球系统模式推动气候变化研究至关重要。随着模式精度和分辨率的不断提高，I/O性能已成为制约模式计算效率和可扩展性的瓶颈。选取典型的海洋环流模式LICOM3作为研究对象，基于天河HPC系统，详细测试和分析了模式的I/O逻辑过程，发现在3K进程规模下I/O可占整体运行时间一半以上，是限制模式计算性能的关键因素。为此，设计并实现了主要输出过程的MPI-IO并行优化方案，显著提升了模式运行效率，基本解决了模式I/O瓶颈。测试结果表明，MPI-IO并行优化方案将输出时间占比从48.58%降到2.44%，将输出带宽提升到6.21?GB/s，约是原程序的14倍。此外，进一步分析了影响并行I/O性能的因素，以期为相关工作提供参考和指导。

关键词：并行I/O优化,海洋环流模式,MPI-IO