[發明專利]基于國產眾核架構下的海流感生磁場并行計算方法

在審

• 申請號: 202111549505.X
• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN114490022A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 韓恒敏;魏志強;賈東寧;張成峰;許佳立;鄭晨
• 申請（專利權）人: 青島海洋科學與技術國家實驗室發展中心
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F13/28;G06F30/20
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 李靜

本申請公開了一種基于國產眾核架構下的海流感生磁場并行計算方法，首先第一主核并行讀取區域預報環境數據和地磁數據，并基于提交的作業進程數確定出主核的并行規模，然后第一主核基于并行規模確定出包括第一主核在內的參與計算任務的主核，并將讀取到的數據平均散發至各參與計算任務的主核，之后各參與計算任務的主核將接收到的數據發送至相應的從核，從核基于主核發來的數據對水下電磁場環境參數進行計算，并將計算結果反饋至相應的參與計算任務的主核，最后相應主核將計算結果發送至第一主核。該方法實現MPI+Athread方式下的主核+從核兩級并行加速，有效縮短了預報時間，提高了實時性，并且提高了水下電磁場計算的實時性和并行規模。

技術領域

本申請涉及海洋電磁場技術領域，特別涉及一種基于國產眾核架構下的海流感生磁場并行計算方法。

背景技術

由于海流、海浪、潮汐等海水的運動引起的地球磁場的變化會對反潛巡邏機、水面艦艇、潛艇等進行磁異常探測造成干擾，進而會導致目標的檢測概率降低。因此建立海水運動感生磁場計算模型，進行海洋背景磁場數值模擬，分析海洋磁場的分布規律，對于采用磁異常方式進行目標檢測與識別具有非常重要的意義。同時，隨著海洋電磁環境時效性、精細化、復雜化等問題的深入研究，對海洋電磁環境數值模擬的計算精度和計算速度方面提出了更高的要求。

目前絕大部分水下電磁磁場數值模擬軟件都基于國外Windows、X86等系統開發，算法架構基本上是串行運算架構，計算水下電磁環境數據規模較小，存在有以下幾點問題：

(1)環境數據匱乏，通常通過對某區域的有限的觀測數據進行簡單插值等效，精度不能滿足海洋電磁場數據要求。

(2)海洋電磁數值模擬實現平臺多基于商用機群，開發環境也大多基于國外軟件，不能滿足自主可控的要求。

(3)計算方法采用單機串行架構，計算效率較低，不能滿足海洋電磁環境分辨率、時效性需求。

由此可知，現有技術中對于進行海洋電磁場數值模擬時，不能滿足對重點海域的大規模、高分辨率、長時效、精細化的海洋電磁場數值模擬的需求，存在運算量大、計算耗時、分辨率難以保證的問題，同時依賴國外系統開發的軟件信息的安全性也存在隱患。

發明內容

基于此，為了解決在對重點海域水下電磁環境進行大規模、長時效、精細化的數值模擬時產生的運算量大、計算耗時、分辨率難以保證的問題，本申請基于國產的現代高性能計算平臺進行海流感生磁場的高效率的大規模并行計算，采用主核+從核兩級并行計算算法架構，對海流數據、海水(溫度、鹽度、深度)數據等進行合理的數據分塊，通過MPI技術將數據均勻散發到各個主核進程中，采用DMA方式再將數據由主核發送到從核中，由從核完成核心任務的計算，再通過DMA方式將計算結果返回到主核中，最后由0號主核完成對其他各個主核計算結果的收集，進而完成整個計算任務，有效解決了上述問題。

一方面，提供了一種基于國產眾核架構下的海流感生磁場并行計算方法，包括：

第一主核并行讀取區域預報環境數據和地磁數據，并基于提交的作業進程數確定出主核的并行規模；

第一主核基于所述并行規模確定出包括所述第一主核在內的參與計算任務的主核，并將讀取到的數據平均散發至各所述參與計算任務的主核；

各所述參與計算任務的主核將接收到的數據發送至相應的從核；

從核基于主核發來的數據對水下電磁場環境參數進行計算，并將計算結果反饋至相應的參與計算任務的主核；

所述相應主核將所述計算結果發送至第一主核。

在一種可能的實施方式中，所述水下電磁場環境參數包括：海水電導率、多層海流感應磁場分量、地球磁場總場中的至少一種。