Sachbericht für das Teilprojekt Infrastruktur für Functional Concurrency im Verbundprojekt Optimierung von Simulationsalgorithmen für Exascale-Supercomputer zur Berechnung des Erdsystemmodells ICON; Acronym: IF(CES)2

Abstract

Das Verbundprojekt zielte auf die Weiterentwicklung des Erdsystemmodells ICON für Exascale-Rechner. Bisherige Parallelisierungsansätze basierten primär auf räumlicher Zerlegung, was die Skalierbarkeit limitierte. Ziel war die Überwindung dieser Einschränkungen durch zusätzliche Parallelisierungsebenen, insbesondere zeitliche Parallelität und funktionale Parallelität, um Rechenressourcen effizienter zu nutzen. Im Fokus stand die Entwicklung einer modularen, skalierbaren Softwareinfrastruktur für die flexible Kopplung und effizienten Datenaustausch parallel laufender Modellkomponenten. Ein funktionaler Prototyp wurde mit der Kommunikationsbibliothek YAXT implementiert und verifiziert. Mit der Infrastruktur für funktionale Parallelität wurden die externen Anwendungen CONTRA (CONcurrent TRAcer) und SPECS-Wolkenmikrophysik an ICON erfolgreich gekoppelt. Drei Datenaustauschmethoden wurden entwickelt, wobei die zeitlich parallele Variante mit Zeitschrittversatz eine Laufzeitreduktion von 36% zeigte. Des Weiteren wurde die MPI-Kommunikation für dynamischen Lastausgleich erweitert. Skalierungstests auf bis zu 192 Knoten des Levante Clusters am DKRZ zeigten eine Laufzeitreduktion (3,14- bis 6-fach für ICON-Atmosphäre, 3,27- bis 5,26-fach für CONTRA und verbesserte Skalierbarkeit durch die asynchrone Nebenläufigkeit mit Zeitschrittversatz.