Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Về việc song song hóa các mã tiến hóa sao
Tóm tắt
Các nghiên cứu tổng hợp hạt nhân đa chiều với hàng trăm hạt nhân liên kết thông qua hàng nghìn quá trình hạt nhân vẫn đang gặp khó khăn về tính toán. Đến nay, hầu hết các nghiên cứu tổng hợp hạt nhân dựa vào mô phỏng tĩnh khí/nhiệt động lực học trong hình cầu đối xứng, hoặc vào các mô phỏng sau xử lý sử dụng các hồ sơ nhiệt độ và mật độ theo thời gian được liên kết trực tiếp với các mạng phản ứng hạt nhân khổng lồ. Tính toán song song đã được coi là yếu tố chính cho phép các mô phỏng yêu cầu tính toán cao. Bài báo này khám phá những ưu và nhược điểm khác nhau trong việc song song hóa các mã sao, cung cấp các khuyến nghị về khi nào và cách nào việc song song hóa có thể giúp cải thiện hiệu suất của mã cho các ứng dụng thiên văn. Chúng tôi báo cáo về các chiến lược song song hóa khác nhau đã được áp dụng thành công cho mã nhiệt động lực học lườn lặng, tĩnh theo hình cầu, ngầm định SHIVA, thường xuyên được sử dụng trong việc mô hình hóa các nova cổ điển và các vụ bùng nổ tia X loại I. Khi chỉ có các quá trình xây dựng và đảo ngược ma trận trong các quy trình con tổng hợp hạt nhân được song song hóa (một phương pháp phù hợp cho các phép tính sau xử lý), thời gian khổng lồ dành cho giao tiếp giữa các lõi, cùng với kích thước vấn đề nhỏ (bị giới hạn bởi số lượng đồng vị của mạng hạt nhân), dẫn đến hiệu suất của ứng dụng song song tồi tệ hơn nhiều so với phiên bản tuần tự 1 lõi của mã. Việc song song hóa các quá trình xây dựng và đảo ngược ma trận trong các quy trình con tổng hợp hạt nhân không được khuyến nghị trừ khi số lượng đồng vị được áp dụng lớn hơn 10.000. Ngược lại rõ ràng, các yếu tố tăng tốc 26 và 35 đã đạt được với phiên bản SHIVA được song song hóa, trong mô phỏng 200 lớp của một vụ bùng nổ tia X loại I được thực hiện với hai mạng phản ứng hạt nhân: một mạng giảm, gồm 324 đồng vị và 1392 phản ứng, và một mạng rộng hơn với 606 hạt nhân và 3551 tương tác hạt nhân. Các yếu tố tăng tốc tối đa là khoảng 41 (mạng 324 đồng vị) và khoảng 85 (mạng 606 đồng vị), cũng được dự đoán cho 200 lõi, nhấn mạnh rằng số lượng lớp của miền tính toán tạo thành giới hạn trên hiệu quả cho số lượng lõi tối đa có thể được sử dụng trong một ứng dụng song song.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Amdahl, G.M.: Validity of the single processor approach to achieving large scale computing capabilities. In: Proceedings of the April 18–20, 1967, Spring Joint Computer Conference, pp. 483–485. ACM Publ., New York (1967)
Amestoy, P., Guermouche, A., L’Excellent, J.Y., Pralet, S.: Hybrid scheduling for the parallel solution of linear systems. CERFACS, Tech. Rep., Toulouse, France (2004)
Amestoy, P.R., Duff, I.S., L’Excellent, J.Y., Koster, J.: A fully asynchronous multifrontal solver using distributed dynamic scheduling. SIAM J. Matrix Anal. Appl. 23, 15–41 (2001)
Amestoy, P.R., Duff, I.S., L’Excellent, J.Y., Li, X.S.: Performance and tuning of two distributed memory sparse solvers. In: Meza, J., Koelbel, C. (eds.) Proceedings of the 10th SIAM Conference on Parallel Processing for Scientific Computing. Society for Industrial & Applied Mathematics, Portsmouth (2001)
Bader, G., Deuflhard, P.: A semi-implicit mid-point rule for stiff systems of ordinary differential equations. Numer. Math. 41, 373–398 (1983)
Bodenheimer, P., Laughlin, G.P., Rózyczka, M., Yorke, H.W.: Numerical Methods in Astrophysics: An Introduction. CRC/Taylor and Francis, Boca Raton (2006)
Chieffi, A., Limongi, M.: Pre-supernova evolution of rotating solar metallicity stars in the mass range 13–120 M⊙ and their explosive yields. Astrophys. J. 764, 21–36 (2013)
Dearborn, D.S.P., Lattanzio, J.C., Eggleton, P.P.: Three-dimensional numerical experimentation on the core helium flash of low-mass red giants. Astrophys. J. 639, 405–415 (2006)
Dearborn, D.S.P., Wilson, J.R., Mathews, G.J.: Relativistically compressed exploding white dwarf model for Sagittarius A East. Astrophys. J. 630, 309–320 (2005)
Foster, I.: Designing and Building Parallel Programs. Addison-Wesley, Boston (1995)
Fox, J.: Fully-kinetic PIC simulations for hall-effect thrusters. PhD thesis, Massachusetts Institute of Technology (2007)
Fryxell, B., Müller, E., Arnett, W.D.: Hydrodynamics and nuclear burning. Max-Planck Inst. for Astrophysics. Rep. 449, Garching, Germany (1989)
Fryxell, B., Olson, K., Ricker, P., Timmes, F.X., Zingale, M., Lamb, D.Q., MacNeice, P., Rosner, R., Truran, J.W., Tufo, H.: FLASH: an adaptive mesh hydrodynamics code for modeling astrophysical thermonuclear flashes. Astrophys. J. Suppl. Ser. 131, 273–334 (2000)
Gear, C.W.: The automatic integration of ordinary differential equations. Commun. ACM 14, 176–179 (1971)
Graham, R.: MPI: a message-passing interface standard, V3.0. University of Tennessee, Tech. Rep., Knoxville (2012)
Henyey, L.G., Forbes, J.E., Gould, N.L.: A new method of automatic computation of stellar evolution. Astrophys. J. 139, 306–317 (1964)
Iliadis, C.: Nuclear Physics of Stars, 2nd edn. Wiley-VCH Verlag, Weinheim (2015)
José, J.: Stellar Explosions: Hydrodynamics and Nucleosynthesis. CRC/Taylor and Francis, Boca Raton (2016)
José, J., Hernanz, M.: Nucleosynthesis in classical novae: CO versus ONe white dwarfs. Astrophys. J. 494, 680–690 (1998)
José, J., Moreno, F., Parikh, A., Iliadis, C.: Hydrodynamic models of type I X-ray bursts: metallicity effects. Astrophys. J. Suppl. Ser. 189, 204–239 (2010)
Limongi, M., Chieffi, A.: Evolution, explosion, and nucleosynthesis of core-collapse supernovae. Astrophys. J. 592, 404–433 (2003)
Longland, R., Martin, D., José, J.: Performance improvements for nuclear reaction network integration. Astron. Astrophys. 563, 67–113 (2014)
McKenney, P.E.: Is Parallel Programming Hard, and, If so, What Can You do About It?. Paper Linux Technology Center, New York (2011)
Pacheco, P.: Parallel Programming with MPI. Morgan Kaufmann Publ., San Francisco (1997)
Parikh, A., José, J., Moreno, F., Iliadis, C.: The effects of variations in nuclear processes on type I X-ray burst nucleosynthesis. Astrophys. J. Suppl. Ser. 178, 110–136 (2008)
Paxton, B., Bildsten, L., Dotter, A., Herwig, F., Lesaffre, P., Timmes, F.: Modules for experiments in stellar astrophysics (MESA). Astrophys. J. Suppl. Ser. 192, 3–35 (2011)
Paxton, B., Cantiello, M., Arras, P., Bildsten, L., Brown, E.F., Dotter, A., Mankovich, C., Montgomery, M.H., Stello, D., Timmes, F.X., Townsend, R.: Modules for experiments in stellar astrophysics (MESA): planets, oscillations, rotation, and massive stars. Astrophys. J. Suppl. Ser. 208, 4–42 (2013)
Prantzos, N., Arnould, M., Arcoragi, J.P.: Neutron capture nucleosynthesis during core helium burning in massive stars. Astrophys. J. 315, 209–228 (1987)
Springel, V.: The cosmological simulation code GADGET-2. Mon. Not. R. Astron. Soc. 364, 1105–1134 (2005)
Thakur, R., Gropp, W.: Improving the performance of MPI collective communication on switched networks. In: Dongarra, J.D.L., Orlando, S. (eds.) Recent Advances in Parallel Virtual Machine and Message Passing Interface, pp. 257–276. Springer, Berlin (2003)
Timmes, F.X.: Integration of nuclear reaction networks for stellar hydrodynamics. Astrophys. J. 124, 241–263 (1999)
Wagoner, R.V.: Synthesis of the elements within objects exploding from very high temperatures. Astrophys. J. Suppl. Ser. 18, 247–295 (1969)