Performance portable implementation of a kinetic plasma simulation mini-app with a higher level abstraction and directives

高レベル抽象化や指示行を利用した運動論的プラズマシミュレーションコードの性能可搬実装

朝比 祐一   ; Latu, G.*; Bigot, J.*; Grandgirard, V.*

Asahi, Yuichi; Latu, G.*; Bigot, J.*; Grandgirard, V.*

エクサスケール計算機時代には、CPUやGPUの種類を問わずに高性能を発揮する性能可搬性が重要となることが予想される。発表者は、どのような技術を活用すれば運動論的モデルを採用するプラズマ乱流コードの高可搬性実装が可能となるかを調べた。運動論的コードの例として仏国CEAで開発されたGYSELAコードに着目し、当該コードを特徴付ける高次元性(4次元以上)とSemi-Lagrangianスキームといった特徴を抽出したミニアプリケーションを作成した。発表者はミニアプリケーションをOpenACC, OpenMP4.5およびKokkosを用いて並列化し、それぞれの手法の利点,欠点を調査した。OpenACCおよびOpenMP4.5は指示行を挿入することで、Kokkosは高レベルな抽象化を行うことで性能可搬実装を実現する。発表では、生産性,可読性,性能可搬性の観点からそれぞれの手法の利点,欠点を論じる。

Performance portability is expected to be a critical issue in the upcoming exascale era. We explore a performance portable approach for a fusion plasma turbulence simulation code employing the kinetic model, namely the GYSELA code. For this purpose, we extract the key features of GYSELA such as the high dimensionality (more than 4D) and the semi-Lagrangian scheme, and encapsulate them into a mini-application which solves the similar but a simplified Vlasov-Poisson system as GYSELA. We implement the mini-app with OpenACC, OpenMP4.5 and Kokkos, where we suppress unnecessary duplications of code lines. Based on our experience, we discuss the advantages and disadvantages of OpenACC, OpenMP4.5 and Kokkos, from the view point of performance portability, readability and productivity.