近日，我校模式团队吴其重副教授课题组在SCI学术期刊《地学模式进展》（Geoscientific Model Development)发表题为“Application of regional meteorology and air quality models based on the microprocessor without interlocked piped stages (MIPS) and LoongArch CPU platforms”的研究论文，该论文公开报道了气象和大气污染模式在国产龙芯CPU计算平台上的全生态应用。我校硕士生白泽华是该学术论文第一作者，他也是原全球变化与地球系统科学研究院践行跨学科拔尖人才培养过程中招收的唯一一名计算机专业背景学生。
这一工作始于2009年，团队成员基于MIPS架构的龙芯2F芯片平台实现了中尺度气象模式MM5的应用，并在后续工作中实现了中尺度气象模式在四个CPU核心的龙芯3A平台的并行计算。在此基础上，团队基于公开渠道采购的MIPS架构的龙芯3A4000和LoongArch 架构3A6000芯片平台开展气象和大气污染模式的适配和应用测试工作，进一步研发了适用于MIPS和LoongArch等精简指令集计算（RISC）架构的污染模式，实现了气象和污染模式在龙芯平台稳定运行，与主流通用计算平台结果差异控制在合理性范围内。调用相同处理器数量的污染模式模拟案例测试结果表明，采用自主指令集LoongArch架构的龙芯3A6000计算效率比采用MIPS架构的龙芯3A4000提升了2.50～2.75倍，在龙芯3A4000平台满负载情况下，污染模式模拟24小时需要195min，在龙芯3A6000平台仅需71min，约等于该模式案例在英特尔至强处理器E5-2697 v4调用相同数量CPU核心的计算耗时，表明国产芯片单核计算性能取得了明显进步。
近年来，我校地球系统模式高性能计算联合研究中心团队致力于在国内外先进计算平台开展地球系统模式和大气污染数值模式的研发工作，先后在众核、CPU+GPU异构、主从核异构等计算平台取得系列突破性进展，实现了模式在国内外计算平台的适配和计算优化应用，支持我国超算领域应用和国家生态文明建设需求。本研究工作得到了国家重点研发计划课题（2020YFA0607804）和北京高精尖学科“陆地表层学”联合资助。
【论文信息】：
Bai, Z., Wu, Q., Cao, K., Sun, Y., and Cheng, H.: Application of regional meteorology and air quality models based on the microprocessor without interlocked piped stages (MIPS) and LoongArch CPU platforms, Geosci. Model Dev., 17, 4383–4399, https://doi.org/10.5194/gmd-17-4383-2024, 2024.
图1 消息通讯并行MPI和共享内存并行OpenMP版本的大气污染模式CAMx在龙芯3A4000、龙芯3A6000和英特尔E5-2697 v4芯片计算平台运行时间，单位：秒。