文档介绍：国家高技术研究发展计划(863计划)信息技术领域“地球系统模式中的高效并行算法研究与并行耦合器研制”重点项目申请指南
 
   一、指南说明
    依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》、《国家“十一五”科学技术发展规划》、《国家高技术研究发展计划(863计划)“十一五”发展纲要》和《中国应对气候变化国家方案》,863计划信息技术领域围绕国家应对全球变化的需求,设立了“地球系统模式中的高效并行算法研究与并行耦合器研制”重点项目。
    地球系统模式是研究全球变化成因和机理、预估未来演变趋势的重要工具,是耦合大气、海洋、海冰和陆地表面等地球系统分量、定量研究它们之间繁复非线性相互作用的一种大型综合软件。地球系统模式的水平已经成为衡量一个国家综合科技实力的重要标志之一,也是全球变化研究最核心的内容之一。
    高性能并行算法与耦合技术是地球系统模式的重要技术支撑,目前我国缺乏地球系统模式并行应用框架和高性能耦合器的自主研发能力,严重制约着地球系统模式的发展。本项目将针对地球系统模式研发中的关键支撑技术,研究适用于地球系统模式的高性能并行应用框架和二维模块化并行耦合器,以提升我国地球系统模式的高性能计算水平和全球变化研究的核心竞争力。
    本项目注重产学研相结合,鼓励国内优势单位联合承担。
    二、指南内容
   
    地球系统模式中的高效并行算法研究与并行耦合器研制
   
    根据我国地球系统模式发展对高性能科学计算的迫切需求,研究地球系统模式的高效并行算法并形成并行应用框架,建立具有我国自主知识产权的模块化并行耦合器,并将创新的高性能算法和软件实现技术应用于物理气候系统模式的开发中,大幅降低模式研制难度,显著缩短模式开发周期,为实现地球系统各分量模式之间的高效耦合和高分辨率模拟(全球30-100km分辨率)提供先进的技术支撑,为全球变化研究提供有效的模拟手段和高性能技术平台。
   
    (1)并行算法、性能优化方法及软件实现技术
    研究多尺度嵌套和网格局部加密的并行自适应算法,高效并行迭代算法和并行代数多重网格(PAMG)与区域分解预条件子,高维快速富氏变换(FFT)的高效并行算法,以及高效、快速的偏微分方程组解法器;研究适应数千核的负载平衡方法,低开销并行算法,自适应结构网格生成、管理与操作算法,以及动态内存管理算法、并行I/O算法、重启动算法等,设计适应现代微处理器多级存储和指令流水以及数千核并行计算的高效数据结构;研究适应微处理器的浮点计算性能优化方法,包括数据分块、向量化、重用变量、减少分支判断等,以及消息传递与共享存储、通用微处理器与专用加速部件相结合的并行编程方法。
    (2)适用于地球系统模式的并行自适应结构网格应用框架
    研究层次化、模块化软件体系结构,提出三层体系结构,明确每层包含的具体内容,定义层与层之间、模块与模块之间的接口;研究面向对象的程序设计方法,提出适用于数值计算方法的共性与个性分离方法:共性以软件模块的形式集成到框架,个性以策略类的形式交给模式发展专家;研究面向实际应用的顶层接口抽象类,它们既可以屏蔽并行编程又可以支持模式专家串行编程来实现物理过程和动力系统框架的自