We investigate the parallel performance of Parallel Spectral Deferred corrections, a numerical approach that provides small-scale parallelism for the numerical solution of initial value problems. The scheme is applied to the shallow-water equation and uses an implicit-explicit splitting that, in order to be efficient, integrates fast modes implicitly and slow modes explicitly. We describe parallel \OpenMP-based implementations of parallel Spectral Deferred Corrections for two well established simulation codes: the finite volume based operational ocean model \ICON and the spherical harmonics based research code \SWEET. We also develop a performance model and benchmark our implementations on a single node of the JUSUF (\SWEET) and JUWELS (\ICON) system at Jülich Supercomputing Centre. A reduction of time-to-solution across a range of accuracies is demonstrated. For \ICON, we show speedup over the currently used Adams--Bashforth-2 integrator with \OpenMP loop parallelization. For \SWEET, we show speedup over serial Spectral Deferred Corrections and a second order implicit-explicit integrator.


翻译:我们研究了并行谱延迟校正的并行性能,这是一种为初值问题数值解提供小规模并行化的数值方法。该方案应用于浅水方程,并采用隐式-显式分裂策略,为提升效率,将快速模态隐式积分而慢速模态显式积分。我们描述了基于OpenMP的并行谱延迟校正方法在两个成熟仿真代码中的实现:基于有限体积的业务化海洋模型ICON和基于球谐函数的研究代码SWEET。我们还建立了性能模型,并在于利希超级计算中心的JUSUF(SWEET)和JUWELS(ICON)系统单节点上对实现进行了基准测试。实验证明该方法能在不同精度范围内减少求解时间。对于ICON,我们展示了其相对于当前使用的Adams-Bashforth-2积分器结合OpenMP循环并行化的加速效果。对于SWEET,我们展示了其相对于串行谱延迟校正方法和二阶隐式-显式积分器的加速优势。

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