一個基于GPU并行加速的海嘯數值模型

作者：王宗辰,原野,李宏偉

摘要：地震海嘯通常發生在大洋板塊向陸地板塊俯沖的區域,距離震源最近的國家和地區往往在震后5~20 min之內就會遭受到海嘯襲擊。因此,及時的海嘯預警和準確的海嘯預報結果對于民眾和決策者都至關重要。為了提升海嘯預警效率,縮短海嘯預報時間,本研究對COMCOT海嘯數值模型進行了基于圖形計算單元GPU的二次并行開發。將原模型中海嘯傳播計算模塊通過CUDA_C語言編寫內核函數整體移植到GPU上并行加速,CPU負責模型其他代碼的執行。為了減少CPU和GPU之間的數據通信,將吸收邊界和變量更新函數一并改寫。僅在需要輸出的時間節點,GPU向CPU傳遞結果,其他時間步長,CPU和GPU之間只有指令和少量參數傳輸,基本可視為零耗時。基于GPU并行加速的COMCOT較串行版本效率提升超過67倍,加速性能顯著優于基于CPU共享內存的OpenMP并行版本。交叉使用常水深和真實地形,采用均勻滑移海嘯源和有限元海嘯源對模型的計算結果進行了較為全面的分析檢驗,相對誤差最大不超過1%,為大范圍的越洋海嘯實時計算提供了有力工具。

發文機構：國家海洋環境預報中心自然資源部海嘯預警中心

關鍵詞：海嘯數值模型COMCOTGPU并行加速CUDA_Ctsunami modelCOMCOTGPU parallel accelerationCUDA_C

分類號： P731.36[天文地球—海洋科學]TP316.4[自動化與計算機技術—計算機軟件與理論]