Journal d'hydrogéologie et de génie hydrologique

Exploration du rôle du partitionnement de domaine sur l'efficacité des simulations de modèles hydrologiques distribués parallèles

Mukesh Kumar et Christopher J Duffy

Exploration du rôle du partitionnement de domaine sur l'efficacité des simulations de modèles hydrologiques distribués parallèles

Les modèles hydrologiques spatialement distribués des bassins versants et des rivières nécessitent beaucoup de données et de calculs en raison de la nature combinée de l'hydrodynamique , des forçages complexes et des champs de paramètres hétérogènes. L'application de ces modèles à des résolutions temporelles et spatiales fines et sur de grands domaines de problèmes est facilitée par le calcul parallèle sur des clusters multiprocesseurs. Notamment, l'efficacité de calcul des simulations parallèles est déterminée de manière cruciale par l'efficacité avec laquelle les données sont divisées et distribuées dans un environnement multiprocesseur et par la manière dont les informations sont partagées entre les processeurs. Bien que de nombreux algorithmes de partitionnement des données existent et aient été largement étudiés dans la littérature informatique, l'élucidation détaillée du rôle de la structure du modèle hydrologique sur le partitionnement des données n'a pas encore été présentée. De plus, le rôle relatif de l'équilibre de la charge de calcul et de la communication entre processeurs sur l'efficacité du calcul parallèle d'un modèle hydrologique n'est pas connu. Considérant le schéma de discrétisation de domaine non structuré utilisé dans le modèle hydrologique PIHM comme exemple, l'article présente d'abord une méthodologie générique pour incorporer des facteurs hydrologiques dans des algorithmes de partitionnement de domaine optimaux. Les partitions sont ensuite utilisées pour explorer le rôle isolé de l'équilibrage de la charge de calcul et de la communication entre processeurs sur l'efficacité parallèle. Les résultats confirment que les simulations parallèles sur des partitions qui minimisent la communication entre processeurs et divisent la charge de calcul de manière égale sont les plus efficaces. Plus important encore, l'équilibrage de la charge entre les processeurs s'avère être un contrôle plus sensible de l'efficacité parallèle que la minimisation de la communication entre processeurs. D'autres analyses de l'efficacité et de l'évolutivité du code parallèle pour différentes configurations de partitionnement révèlent une correspondance directe entre l'efficacité parallèle et les mesures théoriques telles que le ratio d'équilibrage de la charge et le ratio communication/calcul. Les résultats indiquent que les mesures théoriques peuvent être utilisées pour la sélection des meilleures partitions avant que des simulations parallèles à forte intensité de calcul ne soient effectuées. L'étude sert d'évaluation de preuve de concept de l'impact du calcul et de la communication sur l'efficacité des modèles hydrologiques distribués parallélisés à plusieurs résolutions.