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

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.

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.