Журнал гидрогеологии и гидрологической инженерии

Изучение роли доменного разбиения на эффективность параллельных распределенных гидрологических моделей

Мукеш Кумар и Кристофер Дж. Даффи

Изучение роли доменного разбиения на эффективность параллельных распределенных гидрологических моделей

Пространственно распределенные гидрологические модели водоразделов и речных бассейнов требуют больших объемов данных и вычислений из-за комбинированной природы гидродинамики , сложных воздействий и неоднородных полей параметров. Применение этих моделей с высоким временным и пространственным разрешением и в больших проблемных областях облегчается параллельными вычислениями на многопроцессорных кластерах. Примечательно, что эффективность вычислений параллельных симуляций в решающей степени определяется эффективностью, с которой данные разделяются и распределяются в многопроцессорной среде, и тем, как информация распределяется между процессорами. Хотя существуют многочисленные алгоритмы разделения данных, которые широко изучались в литературе по информатике, подробное разъяснение роли структуры гидрологической модели в разделении данных пока не было представлено. Кроме того, относительная роль баланса вычислительной нагрузки и межпроцессорной связи в эффективности параллельных вычислений гидрологической модели неизвестна. Рассматривая схему дискретизации неструктурированной области, используемую в гидрологической модели PIHM в качестве примера, в статье сначала представлена ​​общая методология включения гидрологических факторов в оптимальные алгоритмы разбиения области. Затем разбиения используются для изучения изолированной роли баланса вычислительной нагрузки и межпроцессорного взаимодействия в параллельной эффективности. Результаты подтверждают, что параллельное моделирование на разбиениях, которые минимизируют межпроцессорное взаимодействие и делят вычислительную нагрузку поровну, является наиболее эффективным. Что еще более важно, баланс нагрузки между процессорами, как было отмечено, является более чувствительным контролем параллельной эффективности, чем минимизация межпроцессорного взаимодействия. Дальнейший анализ эффективности и масштабируемости параллельного кода для различных конфигураций разбиения выявляет прямое соответствие между параллельной эффективностью и теоретическими метриками, такими как соотношение баланса нагрузки и соотношение коммуникации к вычислениям. Результаты показывают, что теоретические метрики можно использовать для выбора лучших разбиений до выполнения вычислительно интенсивного параллельного моделирования. Исследование служит в качестве концептуальной оценки влияния вычислений и коммуникации на эффективность распараллеленных распределенных гидрологических моделей при нескольких разрешениях.