计算机工程

作者：张琨, 贾金芳, 严文昕, 黄建强, 王晓英

单位：1. 青海大学 计算机技术与应用系, 西宁 810016;2. 清华大学 计算机科学与技术系, 北京 100084

关键词：稀疏线性系统,广义共轭余差法,信息传递接口,OpenMP编程,统一计算架构

基金：国家自然科学基金（61762074，62062059）；青海省科技计划（2019-ZJ-7034）；教育部“春晖计划”科研基金（QDCH2018001）。

赫姆霍兹方程求解是GRAPES数值天气预报系统动力框架中的核心部分，可转换为大规模稀疏线性系统的求解问题，但受限于硬件资源和数据规模，其求解效率成为限制系统计算性能提升的瓶颈。分别通过MPI、MPI+OpenMP、CUDA三种并行方式实现求解大规模稀疏线性方程组的广义共轭余差法，并利用不完全分解LU预处理子（ILU）优化系数矩阵的条件数，加快迭代法收敛。在CPU并行方案中，MPI负责进程间粗粒度并行和通信，OpenMP结合共享内存实现进程内部的细粒度并行，而在GPU并行方案中，CUDA模型采用数据传输、访存合并及共享存储器方面的优化措施。实验结果表明，通过预处理优化减少迭代次数对计算性能提升明显，MPI+OpenMP混合并行优化较MPI并行优化性能提高约35%，CUDA并行优化较MPI+OpenMP混合并行优化性能提高约50%，优化性能最佳。

来源：2022年第1期

《计算机工程》期刊编辑部

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