40만 코어를 활용한 킬로미터 단위 결합 모델링: 8년간의 모델 개발 여정

Core Concepts

CESM 2.2 모델을 40만 코어 이상의 이기종 슈퍼컴퓨터에 포팅하여 5km 대기, 3km 해양 결합 모델을 구현하고 222 SDPD의 시뮬레이션 속도를 달성하였다.

Abstract

이 연구는 CESM 2.2 모델을 40만 코어 이상의 선웨이 슈퍼컴퓨터에 포팅하는 과정을 다룬다. 기존 모델의 일관성을 유지하면서도 성능을 크게 향상시키는 것이 목표였다.
주요 내용은 다음과 같다:

계층적 격자 시스템을 도입하여 5km 대기, 3km 해양 해상도의 결합 모델을 구현
OpenMP 기반의 이기종 가속기 오프로딩 프레임워크 'O2ATH'를 개발하여 모델 구성요소의 80% 이상을 가속화
초기화 단계의 병렬화와 통신 패턴 최적화를 통해 초기화 시간을 6시간에서 35분으로 단축
다양한 도구들을 활용하여 모델 포팅 및 디버깅 과정을 효율화
최종적으로 5km 대기, 3km 해양 결합 모델을 40만 코어 규모로 실행하여 222 SDPD의 시뮬레이션 속도를 달성하였다. 이를 통해 다년간 또는 수십년 단위의 초고해상도 기후 모델링이 가능해졌다.

Stats

5km 대기 모델의 시뮬레이션 속도는 340 SDPD
3km 해양 모델의 시뮬레이션 속도는 265 SDPD
결합 모델의 시뮬레이션 속도는 222 SDPD

Quotes

"CESM 2.2 모델을 40만 코어 이상의 선웨이 슈퍼컴퓨터에 포팅하여 5km 대기, 3km 해양 결합 모델을 구현하고 222 SDPD의 시뮬레이션 속도를 달성하였다."
"계층적 격자 시스템, OpenMP 기반 이기종 가속기 오프로딩, 초기화 단계 최적화 등의 기술을 적용하여 모델의 성능을 크게 향상시켰다."

Key Insights Distilled From

Kilometer-Level Coupled Modeling Using 40 Million Cores: An Eight-Year Journey of Model Development

by Xiaohui Duan... at arxiv.org 04-17-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.10253.pdf

Deeper Inquiries

기존 CESM 모델의 일관성을 유지하면서도 성능을 크게 향상시킨 이 연구의 접근 방식이 다른 복잡한 과학 응용 프로그램의 포팅에도 적용될 수 있을까?

이 연구에서 사용된 접근 방식은 기존 모델의 일관성을 유지하면서도 성능을 향상시키는 데 중점을 두었습니다. 이를 위해 코드 수정을 최소화하고 도구를 최대한 활용하여 성능을 개선했습니다. 이러한 접근 방식은 다른 복잡한 과학 응용 프로그램의 포팅에도 적용될 수 있습니다. 다른 모델에도 비침입적인 방식으로 접근하여 코드 일부를 수정하고 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한, 새로운 기술 도구를 개발하여 성능을 향상시키는 방법은 다른 응용 프로그램에도 적용 가능할 것입니다.