一个基于GPU并行加速的海啸数值模型

作     者：王宗辰 原野 李宏伟 WANG Zongchen;YUAN Ye;LI Hongwei

作者机构：国家海洋环境预报中心自然资源部海啸预警中心北京100081 

出 版 物：《海洋通报》 (Marine Science Bulletin)

年 卷 期：2020年第39卷第2期

页      面：200-205页

核心收录：

学科分类：07[理学] 0707[理学-海洋科学] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 081202[工学-计算机软件与理论] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划(2016YFC1401501) 国家自然科学基金(41806045) 

主　　题：海啸数值模型 COMCOT GPU并行加速 CUDA_C 

摘      要：地震海啸通常发生在大洋板块向陆地板块俯冲的区域,距离震源最近的国家和地区往往在震后5~20 min之内就会遭受到海啸袭击。因此,及时的海啸预警和准确的海啸预报结果对于民众和决策者都至关重要。为了提升海啸预警效率,缩短海啸预报时间,本研究对COMCOT海啸数值模型进行了基于图形计算单元GPU的二次并行开发。将原模型中海啸传播计算模块通过CUDA_C语言编写内核函数整体移植到GPU上并行加速,CPU负责模型其他代码的执行。为了减少CPU和GPU之间的数据通信,将吸收边界和变量更新函数一并改写。仅在需要输出的时间节点,GPU向CPU传递结果,其他时间步长,CPU和GPU之间只有指令和少量参数传输,基本可视为零耗时。基于GPU并行加速的COMCOT较串行版本效率提升超过67倍,加速性能显著优于基于CPU共享内存的OpenMP并行版本。交叉使用常水深和真实地形,采用均匀滑移海啸源和有限元海啸源对模型的计算结果进行了较为全面的分析检验,相对误差最大不超过1%,为大范围的越洋海啸实时计算提供了有力工具。