P&K MPI₃ (AUSTAL Multi Core)

Kurzbeschreibung der Multicore-Version von TALDIA und AUSTAL

Parallelisierung der Ausbreitungsrechnung (austalMPI)

Zur Parallelisierung des Rechenlaufes werden gleichzeitig auf den angeforderten Cores AUSTAL-Prozesse mit identischen Eingangsdaten gestartet. Intern verändert jeder Prozess einige Eingangsparameter:

• Die Partikelrate wird herabgesetzt. Mit jeder Core-Verdopplung sinkt Partikelrate um Faktor zwei. Zwei Cores halbieren die Partikelrate usw.
• Der Massenstrom aller Stoffe wird durch die Anzahl der Cores geteilt
• Der Startwert für Zufallszahlen (SD in austal.txt) wird für alle Cores unterschiedlich gesetzt. Der erste Core erhält SD = 11111. Für jeden weiteren Core wird SD um den Wert 1000 erhöht.

Nach jedem Zeitschritt werden die Ergebnisse aller Cores zusammen gefasst. Dabei addiert sich der Massenstrom wieder zum ursprünglichen Wert und die Qualitätsminderung wird durch die höhere Anzahl unabhängiger Rechnungen kompensiert.

Die Absenkung der Partikelrate ist der Grund für den schnelleren Ablauf der Berechnung.

Parallelisierung der Windfeldberechnung (taldiaMPI)

Das Programm berechnet für unterschiedliche Ausbreitungsklassen und Windrichtungen unabhängige Windfelder. Nach Maßgabe der Core-Anzahl übernimmt jeder Core die Erzeugung einer Auswahl von Windfeldern. Nach Ablauf der Gesamtrechnung werden die Ergebnisse in einem gemeinsamen lib-Verzeichnis zusammengeführt.

Verifikation

Die modifizierten AUSTAL-Quelltexte sind über die Web-Seite www.Petersen-Kade.com einsehbar.

Zur praktischen Prüfung wurden mit der Version 2.3.2 der Programme AUSTAL und TALDIA einerseits und austalMPI und taldiaMPI andererseits die Beispiele a2k-1.0.6-test-area.zip und a2k-1.0.6-test-scatter.zip von der Webseite www.umweltbundesamt.de sowie zusätzliche komplexe Beispiele durchgerechnet.

Für neuere Versionen der Programme werden immer Vergleichsrechnungen mit den beim UBA erhältlichen Beispielen überprüft.

Der Vergleich der Ergebnisse beider Szenarien ergab statistische Abweichungen, die in jedem Fall auf den Unterschied in der Seed-Konstanten (Startwert des Zufallzahlen-generators) zurückgeführt werden konnten.

Dies sind Abweichungen, die auch dann entstehen, wenn eine Rechnung mit nur einem Prozessor mit abweichendem Seed-Wert ausgeführt wird.