国度超等盘算无锡中间副主任：基于神威太湖之光的非线性地动模仿

导读：国度超等盘算无锡中间副主任、清华大学付昊桓传授在ISC18 HPCC Workshop上做了《基于“神威·太湖之光”的非线性地动模仿》主题分享。同时插播个专场预报。2021年1月6日晚7点， NVIDIA GPU 加快科学盘算专场将正式开讲，由上海交通大学盘算机系硕士研究生胡航带来直播解说，主题为《宇宙学N体模仿在异构盘算平台的移植和优化研究》。扫描文末海报二维码即可报名，并参加本次专场的主讲群。高性能盘算是智工具公然课筹谋推出的NVIDIA专场的重点存眷技能范畴之一。为了便于家人们进修和相识，我们整顿了【NVIDIA专场高性能盘算课件合集】。在本民众号【智工具公然课】背景复兴要害词 HPC08 即可猎取本文完备演讲PPT以及【NVIDIA专场高性能盘算课件合集】。

以下为演讲正文：

许多人曾问我是否可以像猜测气候一样猜测地动的产生。我们可以通过大气模仿对将来气候举行预告或猜测，但是对付地球，我们知道人类可以或许直接丈量的最深处只有10公里，还不到地壳布局的1％，是以地动猜测仍旧处于困难的阶段。

一、动机与近况

地动仍旧是人类社会最紧张的天然灾难之一。

该图表现了2008年汶川地动前后卫星图像的比力。正如所见，河道和山脉完全位移，山脚下的大部门城镇被摧毁。

河道改道乃至造成大水泛滥，形成堰塞湖。

中国有23个地动带，高强度地动带（7级以上）约占领土面积的50%。

20% 重要运输线路处于地动带

21% 生齿处于地动带

25% 水电站项目处于地动带

30% 大型矿场处于地动带

我们的终极幻想是地动数值猜测。当我们在神威·太湖之光上开始这个地动模仿项目时，假如想同时猜测三个要害要素（时间、所在和震级），将非常困难。但假如办理只涉及部门要素的亚题目，可行性将大幅提拔，并且反抗震救灾仍具有紧张的意义。

影响深远的亚题目示例

余震猜测

辨认位置，猜测时间和震级

比地动猜测简单，但仍未办理

地区地动伤害性分类

没偶然间限定，针对地动定位和震级

伤害性恒久评估

基于景象模仿的地动伤害性猜测（针对生齿浓厚和紧张底子办法）

基于场景设计（指定位置且时间无关）

正确猜测震级和危害漫衍

二、重要挑衅

典范地动模仿设置

内存挑衅

三、我们的奉献

我们的地动模仿框架

三级域剖析

基于DMA的内存模子

DMA及缓存定制方案

1）数组融合

2）通过寄存器举行halo互换

3）并通太过析模子引导优化模块设置装备摆设

压缩以得到更多性能

四、性能和模仿效果

从1个MPE（治理处置惩罚元件）切换到64个CPE（盘算处置惩罚元件）时，速率进步20~40倍

存储带宽使用率为60%～79%

弱可扩展性

五、概述和瞻望

2017年：非线性地动模仿

该内存方案可以办理内存带宽的束缚，并实现15.2 Pflops的非线性地动模仿

即用即压要领可进一步将性能提拔至18.9 Pflops

汶川地动的模仿：挑衅

汶川地域笼罩640公里×640公里×100公里的三维域，约莫是唐山地动模仿域的8倍。

该地域庞大的地质特性（凌驾7000米的海拔改变）使得正确形貌地表拓扑的本领非常紧张。

曲线FDM（有限差分）方案

对付题目巨细和呆板的可用资源的特定设置，通常很难辨认最佳设置装备摆设参数。导出符合的设置装备摆设来有用地模仿汶川地动。

地动模仿面对的一个严重挑衅是必要为每个网格点处置惩罚大量变量。对付AWP-ODC线性和非线性版本，每个网格涉及30到40个变量。在我们的曲线网格FDM中，每个网格的变量数目进一步增添到50以上。思量到神威的DMA特性，我们原有事情中提出的共址阵列融合计谋是有用进步DMA带宽使用率的常用要领。然而，配合定位的阵列融合计谋限定了融合阵列集共享完全雷同的读写模式。某些变量（如密度（ρ））与其他变量无关，是以导致了非常糟糕的DMA带宽和盘算服从，由于共址阵列融合本领对它们不起作用。对付这些差别的变量集，我们提出了这些变量的结构转换方案，从而有用地改进DMA带宽。

为了验证波场模仿历程中地形效应的影响，我们举行了比力验证。我们通过设置匀称介质和点源（1Hz）来消除介质和源的影响，是以我们只能存眷地形效应。如（a）和（b）所示，可以看出庞大的地形引起更多的高频散射波，对地动波场的模仿有很大的影响。可以得出结论，地形在汶川地动模仿中的作用不容轻忽。

将来事情：搭建地动动与修建及山体滑坡模仿耦合的完备体系。