Численное гидродинамическое моделирование астрофизических течений на гибридных суперЭВМ, оснащенных ускорителями Intel Xeon Phi

Игорь Михайлович Куликов, Игорь Геннадьевич Черных, Эдуард Викторович Воробьев, Алексей Владимирович Снытников, Дмитрий Владимирович Винс, Александр Александрович Московский, Алексей Борисович Шмелев, Виктор Александрович Протасов, Александр Андреевич Серенко, Владислав Евгеньевич Ненашев, Виталий Андреевич Вшивков, Алексей Сергеевич Родионов, Борис Михайлович Глинский, Александр Васильевич Тутуков

Аннотация


В работе представлены исследования кода AstroPhi для численного моделирования астрофизических течений на гибридных суперЭВМ, оснащенных ускорителями Intel Xeon Phi. Описан со-дизайн вычислительной модели для описания астрофизических объектов. Детально описаны  особенности параллельной реализации и исследования производительности кода AstroPhi. Представлены результаты моделирования взаимодействия межгалактического ветра и дисковой галактики. Для кода AstroPhi было достигнуто 134-кратное ускорение в рамках одного ускорителя Intel Xeon Phi, 75-процентная масштабируемость при использовании 224 ускорителей Intel Xeon Phi. На расчетной сетке $7168 \times 1024 \times 1024$ было достигнуто 47 процентов от пиковой скалярной производительности ускорителя Intel Xeon Phi при использовании 53760 нитей.

Ключевые слова


Высокопроизводительные вычисления; вычислительная астрофизика; ускорители Intel Xeon Phi

Полный текст:

PDF

Литература


Tutukov A., Lazareva G., Kulikov I. Gas Dynamics of a Central Collision of Two Galaxies: Merger, Disruption, Passage, and the Formation of a New Galaxy / A. Tutukov // Astronomy Reports. 2011. Vol. 55, No. 9. P. 770-783.

Mitchell N., Vorobyov E., Hensler G. Collisionless Stellar Hydrodynamics as an Efficient Alternative to N-body Methods / N. Mitchell // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2013. V. 428, No. 3. P. 2674-2687.

Ardeljan N.V., Bisnovatyi-Kogan G.S., Kosmachevskii G.S., Moiseenko S.G. An implicit Lagrangian code for the treatment of nonstationary problems in rotating astrophysical bodies / N.V. Ardeljan // Astronomy and Astrophysics Supplement Series. 1996. Vol. 115. P. 573-594.

Khoperskov S.A, Vasiliev E.O., Sobolev A.M., Khoperskov A.V. The simulation of molecular clouds formation in the Milky Way / S.A. Khoperskov // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2013. Vol. 428. P. 2311-2320.

Fletcher A., Beck R., Shukurov A., Berkhuijsen E., Horellou C. Magnetic fields and spiral arms in the galaxy M51 / A. Fletcher // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2014. Vol. 412. P. 2396-2416.

Kulikov I. GPUPEGAS: A New GPU-accelerated Hydrodynamic Code for Numerical Simulations of Interacting Galaxies / I. Kulikov // The Astrophysical Journal Supplement Series. 2014. Vol. 214, Id. 12.

Kulikov I.M., Chernykh I.G., Snytnikov A.V., Glinskiy B.M., Tutukov A.V. AstroPhi: A code for complex simulation of dynamics of astrophysical objects using hybrid supercomputers / I.M. Kulikov // Computer Physics Communications. 2015. Vol. 186. P. 71-80.

Glinskiy B., Kulikov I., Snytnikov A., Romanenko A., Chernykh I., Vshivkov V. Co-design of Parallel Numerical Methods for Plasma Physics and Astrophysics / B. Glinskiy // Supercomputing frontiers and innovations. 2015. Vol. 1, No. 3. P. 88-98.

Vorobyov E., Recchi S., Hensler G. Stellar hydrodynamical modeling of dwarf galaxies: simulation methodology, tests, and first results / E. Vorobyov // Astronomy & Astrophysics. 2015. Vol. 579, Id. A9.

Kulikov I., Chernykh I. Glinskiy B., Weins D., Shmelev A. Astrophysics simulation on RSC massively parallel architecture / I. Kulikov // Proceedings - 2015 IEEE/ACM 15th International Symposium on Cluster, Cloud, and Grid Computing, CCGrid 2015. 2015. P. 1131-1134.

Vshivkov V., Lazareva G., Snytnikov A., Kulikov I. Supercomputer Simulation of an Astrophysical Object Collapse by the Fluids-in-Cell Method / V. Vshivkov // Lecture Notes of Computer Science. 2009. Vol. 5698. P. 414-422.

Kulikov I., Chernykh I., Katysheva E., Protasov A., Serenko A. The numerical simulation of interacting galaxies by means of hybrid supercomputers / I. Kulikov // Bulletin NCC: Numerical analysis. 2015. Vol. 17. P. 17-33.

Popov M., Ustyugov S. Piecewise parabolic method on local stencil for gasdynamic simulations / M. Popov // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2007. Vol. 47, No. 12. P. 1970-1989.

Popov M., Ustyugov S. Piecewise parabolic method on a local stencil for ideal magnetohydrodynamics / M. Popov // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2008. Vol. 48, No. 3. P. 477-499.

Vshivkov V., Lazareva G., Snytnikov A., Kulikov I., Tutukov A. Hydrodynamical code for numerical simulation of the gas components of colliding galaxies / V. Vshivkov // The Astrophysical Journal Supplement Series. 2011. Vol. 194, Id. 47.

Godunov S., Kulikov I. Computation of Discontinuous Solutions of Fluid Dynamics Equations with Entropy Nondecrease Guarantee / S. Godunov // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2014. Vol. 54. P. 1012-1024.

Vshivkov V., Lazareva G., Snytnikov A., Kulikov I., Tutukov A. Computational methods for ill-posed problems of gravitational gasodynamics / V. Vshivkov // Journal of Inverse and Ill-posed Problems. Vol. 19, No. 1. P. 151-166.

Kulikov I., Vorobyov E. Using the PPML approach for constructing a low-dissipation, operator-splitting scheme for numerical simulations of hydrodynamic flows / I. Kulikov // The Journal of Computational Physics. (submitted, 2016)

Kulikov I., Chernykh I., Snytnikov A., Protasov V., Tutukov A., Glinsky B. Numerical Modelling of Astrophysical Flow on Hybrid Architecture Supercomputers / I. Kulikov // In Parallel Programming: Practical Aspects, Models and Current Limitations (ed. M. Tarkov). 2015. P. 71-116.

Frigo M., Johnson S. The Design and Implementation of FFTW3 / M. Frigo // Proceedings of the IEEE. 2005. Vol. 93, No. 2. P. 216-231.

Kalinkin A., Laevsky Y., Gololobov S. 2D Fast Poisson Solver for High-Performance Computing / A. Kalinkin // Lecture Notes in Computer Science. 2009. Vol. 5698. P. 112-120.

Schive H., Tsai Y., Chiueh T. GAMER: a GPU-accelerated Adaptive-Mesh-Refinement Code for Astrophysics / H. Schive // The Astrophysical Journal. 2010. Vol. 186. P. 457-484.

Podkorytov D., Rodionov A., Sokolova O., Yurgenson A. Using Agent-Oriented Simulation System AGNES for Evaluation of Sensor Networks / D. Podkorytov // Lecture Notes of Computer Science. 2010. Vol. 6235. P. 247-250.

Jaffe Y.L., Smith R., Candlish G., Poggianti B.M., Sheen Y.-K., Verheijen M.A.W. BUDHIES II: A phase-space view of HI gas stripping and star-formation quenching in cluster galaxies / Y. Jaffe // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2015. Vol. 448. P. 1715-1728.

Vollmer B., Cayatte V., Balkowski C., Duschl W.J. Ram pressure stripping and galaxy orbits: The case of the Virgo cluster / B. Vollmer // The Astrophysical Journal. 2001. Vol. 561. P. 708-726.

Cayatte V., Kotanyi C., Balkowski C., van Gorkom J.H. A very large array survey of neutral hydrogen in Virgo Cluster spirals. 3: Surface density profiles of the gas / V. Cayatte // The Astronomical Journal. 1994. Vol. 107, No. 3. P. 1003-1017.

Куликов И.М., Черных И.Г., Глинский Б.М. AstroPhi: программный комплекс для моделирования динамики астрофизических объектов на гибридных суперэвм, оснащенных ускорителями Intel Xeon Phi / И.М. Куликов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2013. Т. 2, № 4. С. 57-79.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/cmse160406