Analysis of parallelisation of 3D-CEMBS model using technologies like OpenACC and OpenMP

• Autorzy: Piotrowski P.

Identyfikatory

DOI

10.5604/12307424.1158133

Warianty tytułu

PL

Analiza możliwości zrównoleglenia modelu 3D-CEMBS z wykorzystaniem technologii typu OpenACC i OpenMP

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Oceanographic models utilise parallel computing techniques to increase their performance. Computer hardware constantly evolves and software should follow to better utilise modern hardware potential. The number of CPU cores with access to shared memory increases with hardware evolution. To fully utilise the possibilities new hardware presents, parallelisation techniques employed in oceanographic models, which were designed with distributed memory systems in mind, have to be revised. This research focuses on analysing the 3D-CEMBS model to assess the feasibility of using OpenMP and OpenACC technologies to increase performance. This was done through static code analysis and profiling. The findings show that the main performance problems are attributed to task decomposition that was designed with distributed memory systems in mind. To fully utilise modern shared memory systems, other task decomposition strategies need to be employed. The presented 3D-CEMBS model analysis is a first stage in wider research of oceanographic models as a specific class of parallel applications. In the long term the research will result in proposing design patterns tailored for oceanographic models that would exploit their characteristics to achieve better hardware utilisation on evolving hardware architectures.

PL

Modele oceanograficzne wykorzystują przetwarzanie równoległe dla zwiększenia wydajności. Sprzęt komputerowy ciągle ewoluuje, więc oprogramowanie powinno zmieniać się razem z nim, aby w pełni wykorzystać potencjał współczesnego sprzętu. Wraz z rozwojem sprzętu komputerowego zwiększa się liczba rdzeni procesorów, które mają dostęp do pamięci współdzielonej. Aby w pełni wykorzystać możliwości nowego sprzętu, techniki zrównoleglania wykorzystywane w modelach oceanograficznych muszą zostać zrewidowane. Modele oceanograficzne były często projektowane z myślą o systemach z pamięcią rozproszoną. Niniejsze badania skupiają się na analizie modelu 3D-CEMBS pod kątem możliwości wykorzystania technologii OpenMP i OpenACC w celu podniesienia wydajności modelu. W tym celu została przeprowadzona statyczna analiza kodu modelu oraz profilowanie. Wyniki badań pokazują, że główny problem wydajnościowy modelu jest wynikiem zastosowania dekompozycji zadań przewidzianej dla systemów z pamięcią rozproszoną. Aby w pełni wykorzystać współczesne komputery z pamięcią współdzieloną należy wprowadzić inne strategie dekompozycji zadań.

Słowa kluczowe

EN

3D-CEMBS; parallel computing; MPI; OpenMP; OpenACC; distributed memory; shared memory

PL

3D-CEMBS; przetwarzanie równoległe; MPI; OpenMP; OpenACC; pamięć rozproszona; pamięć dzielona

• Wydawca: Instytut Morski w Gdańsku
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Morskiego w Gdańsku
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 30, No. 1
• Strony: 10--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Piotrowski P.

• Maritime Institute in Gdańsk, Poland

Bibliografia

• 1. Dijkstra, E. W. (1972). The humble programmer. Communications of the ACM, 15 (10), 859–866.
• 2. Dzierzbicka-Głowacka, L., Jakacki, J., Janecki, M., Nowicki, A. (2013). Activation of the operational ecohydrodynamic model (3D CEMBS) – the hydrodynamic part. OCEANOLOGIA, 55 (3), 519–541.
• 3. Dzierzbicka-Głowacka, L., Janecki, M., Nowicki, A., Jakacki, J. (2013). Activation of the operational ecohydrodynamic model (3D CEMBS) – the ecosystem module. OCEANOLOGIA, 55 (3), 543–572.
• 4. Dzierzbicka-Głowacka, L., Nowicki, A., Janecki, M. (2014). The Automatic Monitoring System for 3D-CEMBSv2 in the Operational Version. Journal of Environmental Science and Engineering Technology, 2014 (1), 1–9.
• 5. Funkquist, L., Kleine, E. (2007). An introduction to HIROMB, an operational baroclinic model for the Baltic Sea. REPORT OCEANOGRAPHY, 37.
• 6. HSA Foundation (2015). HSA Platform System Architecture Specification.
• 7. Jones, P. W., Worley, P. H., Yoshida, Y., White III, J. B., Levesque, J. (2005). Practical performance portability in the Parallel Ocean Program (POP). Concurrency: Practice and Experience, 17 (10), 1317–1327.
• 8. Kerbyson, D. J., Jones, P. W. (2005). A performance model of the Parallel Ocean Program. International Journal of High Performance Computing Applications, 19 (3), 261–276.
• 9. Message Passing Interface Forum (1997). MPI-2: Extensions to the Message-Passing Interface.
• 10. Nowicki, A., Dzierzbicka-Głowacka, L., Janecki, M., Kałas, M. (2014). Assimilation of the satellite SST data in the 3D CEMBS model. OCEANOLOGIA, 57 (1).
• 11. OpenACC-Standard.org (2013). The OpenACC Application Programming Interface.
• 12. OpenMP Architecture Review Board (2013). OpenMP Application Program Interface.
• 13. Peaceman, D. W., Rachford Jr., H. H. (1955). The numerical solution of parabolic and elliptic differential equations. Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics, 3 (1), 28–41.
• 14. Piotrowski, P. (2014). Running WAM wave model on GPGPU. In 7th EuroGOOS conference. Lisbon.
• 15. Singhal, S., Aneja, S., Liu, F., Real, L. V., George, T. (2014). IFM: A Scalable High Resolution Flood Modeling Framework. Lecture Notes in Computer Science, 8632, 692–703.
• 16. Smith, R., Jones, P., Briegleb, B., Bryan, F., Danabasoglu, G., Dennis, J., Dukowicz, J., Eden, C., Fox-Kemper, B., Gent, P., Hecht, M., Jayne, S., Jochum, M., Large, W., Lindsay, K., et al. (2010). The Parallel Ocean Program (POP) Reference Manual. Los Alamos National Laboratory.