Die simultane Berechnung von Komponenten erhöht die parallele Effizienz von Erdsystemmodellen

Unsere derzeitigen Modellparallelisierungstechniken, wie z. B. die Domänenzerlegung und die Parallelisierung auf Schleifenebene, zerlegen den Datenraum, in der Regel durch Zerlegung des 2-dimensionalen Gitters. Dadurch wird die Verfügbarkeit von Parallelität auf die Verfügbarkeit von genügend Gitterpunkten beschränkt. Eine Ausnahme von diesem Ansatz ist die Ausführung des gekoppelten Modells, bei dem die Modelle für Atmosphäre und Ozean parallel laufen. Dies ist ein Beispiel für Parallelisierung auf Komponentenebene, bei der große Teile des Modells während eines Zeitschritts parallel laufen und jeden Zeitschritt (oder seltener) miteinander gekoppelt werden.

Die Parallelisierung von Komponenten zerlegt den algorithmischen Raum und bietet eine zusätzliche Parallelitätsdimension zu den Techniken der Datenzerlegung. Dadurch erhöht sich die parallele Arbeitslast, d. h. die Menge der in einem beliebigen parallelen Bereich verfügbaren Operationen. Dadurch können wiederum mehr Rechenressourcen effizient genutzt werden. Darüber hinaus sind datenparallele Ansätze nicht hilfreich, wenn mehr Prozesse und Details des Erdsystemmodells eingeführt werden, wie z. B. die Kryosphäre, die Atmosphärenchemie und die Mikrophysik der Partikel. Hier kann die Parallelisierung auf Komponentenebene einen Teil der zusätzlichen Rechenkosten auffangen. Eine Anwendung auf das Ozeanbiogeochemiemodell HAMOCC, das parallel zum Ozeanmodell ICON-O läuft, zeigt, dass wir die parallele Effizienz auf dem Hochleistungsrechner „Levante“ am Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) verdoppeln können.