(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210396593.2 (22)申请日 2022.04.15 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 吴建平　杨锦辉　刘达政　银福康　 彭军　阳向荣　王博　余意　 孙迪夫　王英杰　 (74)专利代理 机构 长沙大珂知识产权代理事务 所(普通合伙) 4323 6 专利代理师 伍志祥 (51)Int.Cl. G06F 16/29(2019.01) G06F 16/2455(2019.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 一种基于垂直层分组的半拉格朗日插值通 信优化方法 (57)摘要 本发明属于数值预报技术领域， 公开了一种 基于垂直层分组的半拉格朗日插值通信优化方 法， 采集半拉格朗日插值中的三维场数据， 对所 有三维场在垂直方向上进行分组； 将每组的操作 分为通信与计算两部分， 通信部分在FLD3I与 YHSPFI中进行， 插值结果分别存储于FLD3O与 YHSPFO； 在分组情况下进行计算与通信的重新规 划， 实现计算与通信重叠； 对候选的分组数， 选取 使得半拉格朗日方案阶段的执行时间最小的分 组数。 本发 明减少流水线的启动与结尾处的操作 时间， 提高整体上的计算效率； 采用所确定的最 优分组数来进行后续业务数值预报， 最大程度上 减少业务数值预报的时间。 权利要求书2页 说明书8页 附图1页 CN 114817432 A 2022.07.29 CN 114817432 A 1.一种基于垂直层分组的半拉格朗日插值 通信优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 采集数值天气预报半拉格朗日插值的三维场数据； S2： 将采集的三维场数据依次存储于三维数组FLD3I(1:N,0:L+1,1:F)中， 分配三维数 组FLD3O(1:N,1:L,1:F)以存储插值得到的三维场数据， 其中， N为本进程上总的水平网格点 个数， L为模式垂直层数， F为待插值场个数； S3： 将对应于某个变量的二维场存储在数组YHSPFI(1:N)中， 分配数组YHSPFO(1:N)以 存储对所述对应于某个 变量的二维场进行插值的结果； S4： 对所有三维场在垂直方向上进行分组； S5： 将每组的操作分为通信与插值计算两部分， 通信部分在所述三维数组FLD3I与数组 YHSPFI中进行， 插值结果分别存 储于所述 三维数组FLD3O与数组Y HSPFO； S6： 在分组情况 下进行计算与通信的重新 规划， 实现计算与通信重 叠； S7： 对候选的分组数， 分别依次执行S4 ‑S6步骤， 选取使得半拉格朗日方案阶段的执行 时间最小的分组数。 2.根据权利要求1所述的基于垂直层分组的半拉格朗日插值通信优化方法， 其特征在 于， 所述对所有三维场在垂直方向上进行分组， 包括： 插值所得的三维场的实际层数为第1到L层， 对三维场在垂直方向上进行分组即对所述 三维数组FLD3O按垂直层进行分组， 分组后得到g组， 每组的层数至多相差一层， 第i(i＝0, 1,2,...,g ‑1)组中的起始层号记为bi， 包括的层数记为li； 当i≤L％g时， li＝[L/g]+1； 当i> L％g时， li＝[L/g]， 其中[x]表示取x的整数部分； 进行插值时， 所述三维数组FLD3O中的第i层对应于半拉格朗日插值轨迹的到达点即网 格点， 插值时垂直方向上用到最多上下各两层的数据， 因此， 所述三维数组FLD3O中待插场 第i层上的值最多用到所述三维数组FLD3I中相应场的第i ‑5到i+5层； 在垂直方向边界处， 所述三维数组FLD3O中第i层数据在插值时， 最多用到所述三维数 组FLD3I中最低的第0层或 最高的第L+1层； 因此， 对所述三维数组FLD3I的层 次进行分组， 第0组含有第0到第b0+l0+4 层， 第i>0组含有第bi‑1+li‑1+5到第min(L+1,bi+li+4)层； 将数组YHSPFO的计算附加到所述三维数组FLD3O最后一组即第g ‑1组的计算中， 将 YHSPFI的通信操作附加到所述 三维数组FLD3I 最后一组的通信操作中。 3.根据权利要求1所述的基于垂直层分组的半拉格朗日插值通信优化方法， 其特征在 于， 所述将每组的操作分为 通信与计算两 部分， 包括： 通信部分在数组FLD3I与Y HSPFI中进行， 插值结果分别存 储于数组FLD3O与Y HSPFO中； 每组对应的计算操作对应于对该组中所有层次上网格点和所有场的插值计算； 对每组对应的通信操作， 按照全球数值天气预报模式在水平方向对整个离散格点网络 进行区域分解， 得到多个子区域， 将 每个子区域上的计算放到一个处理器上进 行， 确定每个 子区域的HALO区与半拉格朗日缓冲区数据结构， 并进行各子区域间的相互通信， 以使得后 续插值时起始点处插值所需水平方向网格点数据处于 本子区域或其HALO区中。 4.根据权利要求3所述的基于垂直层分组的半拉格朗日插值通信优化方法， 其特征在 于， 所述半拉格朗日缓冲区指的是FLD3I与YHSPFI数组； 所述HALO区指的是FLD3I与YHSPFI 在水平方向上的空间扩展后， 多扩展出来的空间， 用于存放从其 他处理器接收到的数据。 5.根据权利要求3所述的基于垂直层分组的半拉格朗日插值通信优化方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114817432 A 2于， 全球数值天气预报模式至少为Y HGSM、 ECMWF IFS、 GRAPES之一。 6.根据权利要求1所述的基于垂直层分组的半拉格朗日插值通信优化方法， 其特征在 于， 所述进行计算与通信在分组情况 下的重新 规划， 实现计算与通信重 叠， 包括： 在每个处理器上， 利用MPI非阻塞发送操作， 启动FLD3I中第0组数据的发送； 在每个处理器上， 对第i＝0到g ‑2组， 先利用MPI非阻塞发送操作， 启动三维数组FLD3I 中第i+1组数据的发送操作； 当i＝g ‑2时， 再利用MPI非阻塞发送操作启动 数组YHSPFI的通 信； 之后， 进行三维数组FLD3I第i组数据的接收； 最后进行三维数组FLD3O第i组的计算， 实 现与第i+1组数据通信的同时进行计算； 在每个处理器上， 对第g ‑1组， 先进行三维数组FLD3I第g ‑1组数据的接收， 并接收数组 YHSPFI的数据； 之后进行三维数组FLD3O第g ‑1组的计算与数组Y HSPFO的计算。 7.根据权利要求1所述的基于垂直层分组的半拉格朗日插值通信优化方法， 其特征在 于， 所述对候选的分组数， 分别依次执行S4 ‑S6步骤， 选取使得半拉格朗日方案阶段的执行 时间最小的分组数， 包括： 对g＝[L/(L ‑4)]～L‑4， 按S4‑S6步骤运行程序， 记半拉格朗日方案 阶段的执行时间为 tg， 对所有可能的g， 选取使得tg最小者； 采用此g作为后续业务运行时的分组数， 以最小化业 务运行时间。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114817432 A 3