Portabilidade com eficiência de trechos da dinâmica do modelo BRAMS entre arquiteturas multi-core e many-core

• Main Author: Manoel Baptista da Silva Júnior
• Other Authors: Stephan Stephany
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2015
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/04.28.19.21

O aumento contínuo da resolução espacial e temporal dos modelos meteorológicos demanda cada vez mais velocidade e capacidade de processamento. Executar esses modelos em tempo hábil requer o uso de supercomputadores com centenas ou milhares de nós. Atualmente estes modelos são executados em produção no CPTEC em um supercomputador com nós compostos por CPUs com dezenas de núcleos (multi-core). Gerações mais recentes de supercomputadores apresentam nós com CPUs acopladas a aceleradores de processamento, tipicamente placas gráficas (GPGPUs), compostas de centenas de núcleos (many-core). Alterar o código do modelo de forma a usar com alguma eficiência nós com ou sem placas gráficas (código portátil) é um desafio. A interface de programação OpenMP é o padrão estabelecido há décadas para explorar eficientemente as arquiteturas multi-core. Uma nova interface de programação, o OpenACC, foi recentemente proposta para explorar as arquiteturas many-core. Ambas interfaces são semelhantes, baseadas em diretivas de paralelização para execução concorrente de threads. Este trabalho demonstra que é possível escrever um único código paralelizado com as duas interfaces que apresente eficiência aceitável, de forma a poder ser executado num nó com arquitetura multi-core ou então em um nó com arquitetura many-core. O código escolhido como estudo de caso é a advecção de escalares, um trecho da dinâmica do modelo meteorológico regional BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modelling System). === The continuous growth of spatial and temporal resolutions in current meteorological models demands increasing processing power. The prompt execution of these models requires the use of supercomputers with hundreds or thousands of nodes. Currently, these models are executed at the operational environment of CPTEC on a supercomputer composed of nodes with CPUs with tens of cores (multi-core). Newer supercomputer generations have nodes with CPUs coupled to processing accelerators, typically graphics cards (GPGPUs), containing hundreds of cores (many-core). The rewriting of the model codes in order to use such nodes efficiently, with or without graphics cards (portable code), represents a challenge. The OpenMP programming interface proposed decades ago is a standard for decades to efficiently exploit multi-core architectures. A new programming interface, OpenACC, proposed decades ago is the many-core architectures. These two programming interfaces are similar, since they are based on parallelization directives for the concurrent execution of threads. This work shows the feasibility of writing a single code imbedding both interfaces and presenting acceptable efficiency. When executed on nodes with multi-core or many-core architecture. The code chosen as a case study is the advection of scalars, a part of the dynamics of the regional meteorological model BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modeling System).