海洋数值模型FVCOM GPU加速版上线，积算科技提供

近日，华东师范大学成功研发基于GPU加速的FVCOM（Finite Volume Community Ocean Model）模型，现联合北京积算科技有限公司（以下简称“积算科技”）推出FVCOM GPU加速版的免费试用服务。

FVCOM模型在海洋预报、海洋工程与作业等领域应用极为广泛。以国内外近海海洋预报业务为例，FVCOM已经成为我国沿海省、市、区各级海洋预警预报部门开展业务化预报工作的主要模型选择。华东师范大学相关团队长期致力于海洋数值模型的研发与应用，是国际先进海洋数值模型FVCOM开发团队核心成员，主持开发了FVCOM中多个核心模块，聚焦于高浓度泥沙、物理-生物地球化学耦合过程、台风风暴潮等方面的研究，并在长江河口、黄海、浙闽沿海、珠江口、德国汉堡港、越南岘港等国内外典型河口海岸区域开展了相关合作应用，相关成果也为自然资源部东海分局、南海分局、上海市海洋局、中国水利水电科学研究院等单位的黄海浒苔防治、风暴潮预报、咸潮入侵防御、水质预报等方面提供了多项技术支撑。

河口海岸是人类生活的高度聚集区域、全球经济的核心地带，也是风暴潮、赤潮、绿潮等海洋灾害的频发区域。因此，为灾害过程防御提供技术支撑的数值预报系统需要满足“精确、及时、高效、稳定”等多方面的需求。而随着集合预报模型的发展，其计算量也急剧上升，比如在集合预报中计算量与集合样本数量成正比，是单个模型计算的数十倍，超大的计算负载给预报业务单位和算力中心带了极大的压力。同时河口生态、生物地球化学过程模型具有变量多、过程复杂的特点，其计算量一般是动力模型的10倍以上，而众多近海工程模型达到了米级分辨率，进一步造成了模型计算量急剧上升。

支撑FVCOM的计算架构主要采取基于CPU的多核计算节点扩展方案，即增加核数、节点，但这也提高了数值模型应用和拓展的门槛。随着GPU性能的大幅提升和日益普及，传统数值模型也在持续发展中不断进行转型和创新。面对计算量剧增的挑战，为了解决数值模型计算负载剧增这一难点问题，华东师范大学相关团队调研分析了目前主要的GPU加速计算技术，结合FVCOM模型代码的复杂度，创新开发出支持GPU加速的FVCOM模型。升级后的模型支持正压、斜压、泥沙、植被等关键模型，并支持全部外部驱动包括风场、热通量、降雨、离线流场、嵌套文件的高效传输，也可进行不同算力精度计算的自由切换。迁移后的模型相关的输入、输出和控制文件未发生任何变化，可以适用于原有FVCOM的相关应用。

加速对比测试选择10万、35万、100万、150万水平方向网格等模型，采用企业级大显存GPU进行加速计算，相对于X86 CPU的单核计算速度，分别达到了48、77、139和135的加速比，显示了对先进精度模式的良好加速效果。在多个GPU计算节点的情况下，也可采用创新并行模式支持多GPU并行计算。且经过验证，该模型的计算精度与基于CPU的数值模型完全保持一致（图2）。