Cholla-MHD: Eine exascale-fähige magnetohydrodynamische Erweiterung des Cholla-astrophysikalischen Simulationscodes

Zusammenfassung Wir präsentieren eine Erweiterung des massiv parallelisierten, GPU-nativen, astrophysikalischen Hydrodynamikcodes Cholla zur Magnetohydrodynamik (MHD). Cholla löst die idealen MHD-Gleichungen in ihrer eulerianischen Form auf einem statischen kartesischen Gitter, wobei der Van Leer + begrenzte Transportintegrator, der HLLD-Riemann-Löser und Rekonstruktionsmethoden zweiter und dritter Ordnung verwendet werden. Das MHD-Modul von Cholla kann ≈260 Millionen Zell-Updates pro GPU-Sekunde auf einer NVIDIA A100 durchführen, während der HLLD-Riemann-Löser und die Rekonstruktion zweiter Ordnung verwendet werden. Die inhärent parallele Natur von GPUs, kombiniert mit erhöhtem Speicher in neuer Hardware, ermöglicht es dem MHD-Modul von Cholla, Simulationen mit Auflösungen ∼500³ Zellen auf einer einzelnen High-End-GPU (z. B. einer NVIDIA A100 mit 80 GB Speicher) durchzuführen. Wir verwenden die direkte Message Passing Interface für GPUs, um eine hervorragende schwache Skalierung auf dem Exascale-Supercomputer Frontier zu erreichen, wobei 74.088 GPUs verwendet werden und eine Gesamtgröße des Gitters von über 7,2 Billionen Zellen simuliert wird. Eine Reihe von Testproblemen hebt die Genauigkeit des MHD-Moduls von Cholla hervor und zeigt, dass eine null magnetische Divergenz in den Lösungen bis zur Rundungsfehler erhalten bleibt. Wir präsentieren auch neue Test- und CI-Tools mit GoogleTest, GitHub Actions und Jenkins, die die Entwicklung robuster und genauer gemacht haben und künftige Zuverlässigkeit gewährleisten.