近日，華東師范大學(xué)成功研發(fā)基于GPU加速的FVCOM(Finite Volume Community Ocean Model)模型，現(xiàn)聯(lián)合北京積算科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“積算科技”)推出FVCOM GPU加速版的免費(fèi)試用服務(wù)。

　　FVCOM模型在海洋預(yù)報(bào)、海洋工程與作業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。以國(guó)內(nèi)外近海海洋預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)為例，F(xiàn)VCOM已經(jīng)成為我國(guó)沿海省、市、區(qū)各級(jí)海洋預(yù)警預(yù)報(bào)部門開(kāi)展業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)工作的主要模型選擇。華東師范大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于海洋數(shù)值模型的研發(fā)與應(yīng)用，是國(guó)際先進(jìn)海洋數(shù)值模型FVCOM開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)核心成員，主持開(kāi)發(fā)了FVCOM中多個(gè)核心模塊，聚焦于高濃度泥沙、物理-生物地球化學(xué)耦合過(guò)程、臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮等方面的研究，并在長(zhǎng)江河口、黃海、浙閩沿海、珠江口、德國(guó)漢堡港、越南峴港等國(guó)內(nèi)外典型河口海岸區(qū)域開(kāi)展了相關(guān)合作應(yīng)用，相關(guān)成果也為自然資源部東海分局、南海分局、上海市海洋局、中國(guó)水利水電科學(xué)研究院等單位的黃海滸苔防治、風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)、咸潮入侵防御、水質(zhì)預(yù)報(bào)等方面提供了多項(xiàng)技術(shù)支撐。

　　河口海岸是人類生活的高度聚集區(qū)域、全球經(jīng)濟(jì)的核心地帶，也是風(fēng)暴潮、赤潮、綠潮等海洋災(zāi)害的頻發(fā)區(qū)域。因此，為災(zāi)害過(guò)程防御提供技術(shù)支撐的數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)需要滿足“精確、及時(shí)、高效、穩(wěn)定”等多方面的需求。而隨著集合預(yù)報(bào)模型的發(fā)展，其計(jì)算量也急劇上升，比如在集合預(yù)報(bào)中計(jì)算量與集合樣本數(shù)量成正比，是單個(gè)模型計(jì)算的數(shù)十倍，超大的計(jì)算負(fù)載給預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)單位和算力中心帶了極大的壓力。同時(shí)河口生態(tài)、生物地球化學(xué)過(guò)程模型具有變量多、過(guò)程復(fù)雜的特點(diǎn)，其計(jì)算量一般是動(dòng)力模型的10倍以上，而眾多近海工程模型達(dá)到了米級(jí)分辨率，進(jìn)一步造成了模型計(jì)算量急劇上升。

　　支撐FVCOM的計(jì)算架構(gòu)主要采取基于CPU的多核計(jì)算節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展方案，即增加核數(shù)、節(jié)點(diǎn)，但這也提高了數(shù)值模型應(yīng)用和拓展的門檻。隨著GPU性能的大幅提升和日益普及，傳統(tǒng)數(shù)值模型也在持續(xù)發(fā)展中不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新。面對(duì)計(jì)算量劇增的挑戰(zhàn)，為了解決數(shù)值模型計(jì)算負(fù)載劇增這一難點(diǎn)問(wèn)題，華東師范大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)調(diào)研分析了目前主要的GPU加速計(jì)算技術(shù)，結(jié)合FVCOM模型代碼的復(fù)雜度，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出支持GPU加速的FVCOM模型。升級(jí)后的模型支持正壓、斜壓、泥沙、植被等關(guān)鍵模型，并支持全部外部驅(qū)動(dòng)包括風(fēng)場(chǎng)、熱通量、降雨、離線流場(chǎng)、嵌套文件的高效傳輸，也可進(jìn)行不同算力精度計(jì)算的自由切換。遷移后的模型相關(guān)的輸入、輸出和控制文件未發(fā)生任何變化，可以適用于原有FVCOM的相關(guān)應(yīng)用。

　　加速對(duì)比測(cè)試選擇10萬(wàn)、35萬(wàn)、100萬(wàn)、150萬(wàn)水平方向網(wǎng)格等模型，采用企業(yè)級(jí)大顯存GPU進(jìn)行加速計(jì)算，相對(duì)于X86 CPU的單核計(jì)算速度，分別達(dá)到了48、77、139和135的加速比，顯示了對(duì)先進(jìn)精度模式的良好加速效果。在多個(gè)GPU計(jì)算節(jié)點(diǎn)的情況下，也可采用創(chuàng)新并行模式支持多GPU并行計(jì)算。且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，該模型的計(jì)算精度與基于CPU的數(shù)值模型完全保持一致(圖2)。

圖1 FVCOM GPU加速實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2 GPU-CPU模型結(jié)果對(duì)比

　　目前，海洋預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢(shì)是不斷提升對(duì)預(yù)報(bào)精度與時(shí)效的要求，二者都意味著巨大的算力需求。而FVCOM GPU加速版是應(yīng)對(duì)實(shí)際應(yīng)用中算力需求劇增挑戰(zhàn)的有效途徑。采用GPU加速的預(yù)報(bào)模型可以將預(yù)報(bào)時(shí)效從小時(shí)級(jí)別降低到分鐘級(jí)，甚至秒級(jí)。顯著的效率提升也釋放了模型進(jìn)一步采用更高網(wǎng)格分辨率從而提高模擬精度的潛力。

　　積算科技誕生于全球生成式AI浪潮，專注于智能算力服務(wù)市場(chǎng)，致力于成為中國(guó)最具價(jià)值的智能算力服務(wù)商。公司擁有萬(wàn)卡級(jí)先進(jìn)智能算力資源池，提供裸金屬、智能算力系統(tǒng)、專屬智能算力系統(tǒng)等算力服務(wù)產(chǎn)品，適用于大模型訓(xùn)練與推理、算法研究、大數(shù)據(jù)分析、自動(dòng)駕駛、智能科學(xué)計(jì)算等多元場(chǎng)景。其運(yùn)維和服務(wù)團(tuán)隊(duì)具備大規(guī)模智能算力系統(tǒng)設(shè)計(jì)建設(shè)、大模型開(kāi)發(fā)應(yīng)用及性能優(yōu)化能力。在前沿的AIfor Science方面，通過(guò)和各學(xué)科方向的單位合作，實(shí)現(xiàn)AI+材料、AI+流體、AI+氣象等大量算法創(chuàng)新，成果在國(guó)際重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表，具備強(qiáng)大的聯(lián)合客戶開(kāi)展前沿算法創(chuàng)新的實(shí)力。

　　華東師范大學(xué)此次攜手積算科技，提供FVCOM GPU加速版試用服務(wù)，為廣大科研、預(yù)報(bào)和工程等領(lǐng)域提供相關(guān)模型的試用。積算科技算力平臺(tái)結(jié)合GPU加速模型，能夠極大地降低河口、海岸、海洋研究和工程應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行數(shù)值模擬所需的硬件門檻，不僅直接助力了海洋預(yù)報(bào)、水利工程等具體應(yīng)用領(lǐng)域，也為海洋模型系統(tǒng)向人工智能模型轉(zhuǎn)型以及人工智能海洋學(xué)的發(fā)展提供了關(guān)鍵的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成工具和方法，是人工智能技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用于海洋與河口海岸領(lǐng)域的重要基石。

　　目前，積算科技已經(jīng)開(kāi)通FVCOM GPU加速版線上服務(wù)，并提供免費(fèi)試用支持。試用申請(qǐng)鏈接：https://www.icompify.com/inform_zhuce.thtml。