积算科技上线GPU加速版海洋模型FVCOM，免费试用及技术支持

FVCOM模型在海洋预报、海洋工程和作业等多个领域均具有广泛的应用前景。以国内外近海海洋预报业务为例，该模型已成为我国沿海各省、市、区各级海洋预警预报部门开展业务化预报工作的主流选择。

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近日，华东师范大学成功研发出基于GPU加速的FVCOM（有限体积海洋模型），并联合北京积算科技有限公司（简称“积算科技”）推出其GPU加速版的免费试用服务。

FVCOM作为国内外近海预报业务中广泛应用的数值模型，其卓越性能已使其成为我国沿海地区各级海洋预警部门开展业务化预报的核心工具。华东师范大学相关科研团队长期致力于海洋数值模型的研发与应用，不仅是国际先进海洋模型FVCOM开发团队的核心成员，还主导开发了模型中多个核心模块。团队聚焦高浓度泥沙输运、物理-生物地球化学耦合过程、台风风暴潮等方面的机理研究，在长江河口、黄海、浙闽沿海、珠江口、德国汉堡港、越南岘港等国内外典型河口海岸区域开展了系列合作应用。相关成果已为自然资源部东海分局、南海分局、上海市海洋局、中国水利水电科学研究院等单位在黄海浒苔防治、风暴潮预报、咸潮入侵防御及水质预测等方面提供了关键技术支撑。

河口海岸区域既是人类生活的密集区、全球经济的核心地带，也是风暴潮、赤潮、绿潮等海洋灾害的频发区。因此，为灾害过程防御提供技术支撑的数值预报系统需满足“精准、及时、高效、稳定”等多维度需求。随着集合预报模型的发展，其计算量呈现指数级增长态势——集合预报中的计算量常达到单个模型计算的数十倍，这种超负荷运算给预报业务单位和算力中心带来了巨大压力。与此同时，河口生态与生物地球化学过程模型具有变量多、过程复杂等特点，其计算量通常达到动力模型的10倍以上。而众多近海工程模型已实现米级分辨率，进一步加剧了模型计算量的飙升。

现行支撑FVCOM的计算架构主要采用基于CPU的多核计算节点扩展方案，即通过增加核数与节点数量来提升算力，但这同时也提高了数值模型应用与拓展的门槛。随着GPU性能的大幅提升与技术普及，传统数值模型也在持续进行转型创新。面对计算量激增的挑战，为解决数值模型计算负荷剧增这一难点问题，华东师范大学相关团队调研分析了主流的GPU加速计算技术，结合FVCOM模型代码的复杂度，创新开发出支持GPU加速的新版本。升级后的模型不仅支持正压、斜压、泥沙、植被等关键模块，还实现了全部外部驱动（包括风场、热通量、降雨、离线流场及嵌套文件）的高效传输，并可进行不同算力精度计算的自由切换。迁移后的模型在输入、输出及控制文件方面均保持原有格式，可完全兼容原有FVCOM的相关应用场景。

在加速对比测试中，研究团队选取了10万至150万不同规模的水平网格模型，采用企业级大显存GPU进行加速计算。相较于X86架构CPU的单核计算速度，取得了48至139倍的加速比，展现出对先进精度模式的优良加速效果。在多GPU计算节点的配置下，还可采用创新并行模式支持多卡协同计算。经过验证，该模型的计算精度与基于CPU的数值模型完全保持一致（图2）。

图1 FVCOM GPU加速实验结果

图2 GPU-CPU模型结果对比

当前海洋预报业务的发展趋势，是对预报精度与时效性要求的持续提升，二者都意味着巨大的算力需求。而FVCOM GPU加速版正是应对实际应用中算力需求激增挑战的有效路径。采用GPU加速的预报模型可将预报时效从小