CN117573203A

CN117573203A - 基于国产神威处理器的Openmc移植方法及系统

Info

Publication number: CN117573203A
Application number: CN202311570636.5A
Authority: CN
Inventors: 潘景山; 涂阳; 王成志; 陈彦言
Original assignee: Jinan Supercomputing Technology Research Institute
Current assignee: Jinan Supercomputing Technology Research Institute
Priority date: 2023-11-22
Filing date: 2023-11-22
Publication date: 2024-02-20

Abstract

本发明提出了基于国产神威处理器的Openmc移植方法及系统，涉及程序移植技术领域，具体方案包括：修改Openmc源代码，使其通过神威编译器的编译环境；在编译链接的规则文件中，添加神威系统编译选项及对应的神威系统编译规则；编写编译脚本，设置链接的相关依赖库；在神威系统编译选项下，通过神威编译器对修改后的Openmc源代码进行编译，生成申威处理器可执行程序；本发明首次将OpenMC移植到国产神威超算平台上，推动其在国内核能领域的应用，为核反应堆物理、辐射防护、核医学等多个领域提供强有力的技术支持。

Description

基于国产神威处理器的Openmc移植方法及系统

技术领域

本发明属于程序移植技术领域，尤其涉及基于国产神威处理器的Openmc移植方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，核能作为一种清洁的能源形式，逐渐受到全球关注。核模拟软件在核能领域有着广泛的应用，包括核反应堆物理、辐射防护、核医学以及其他核技术相关领域；在这些应用中，准确、高效的模拟和计算对于核设施的设计、运行和安全至关重要；OpenMC作为一种领先的蒙特卡洛粒子输运模拟软件，已经在全球范围内得到广泛应用。

基于国产神威处理器超级计算机作为世界上最先进的高性能计算平台之一，具有强大的计算能力和高效的能源利用率；在核模拟领域，高性能计算对于处理复杂的模型和大量的数据具有巨大的优势；将OpenMC移植到国产神威超算平台上，可以充分利用超算资源，提高模拟速度和精度，为核能领域的发展提供强有力的支持。

当前Openmc程序还无法在国产神威超算平台上运行，在将OpenMC移植到国产神威超算平台的过程中，需要克服一系列技术挑战，这些挑战包括：

软件兼容性：由于国产神威超算平台采用特定的硬件架构和操作系统，需要确保OpenMC能够在这些环境下正常运行；这涉及到对OpenMC源代码的修改，以适应国产神威的编译器、库和系统配置。

可扩展性：在大规模超算平台上运行OpenMC，需要确保软件具有良好的可扩展性，以便在多个计算节点上高效地执行模拟任务；这可能涉及到对OpenMC的并行策略进行选择和改进。

因此，目前Openmc程序存在对国产神威的适应性和并行策略选择的问题，无法通过自有方式在国产神威超算平台上运行，影响国产神威超算平台为核模拟领域提供高性能计算。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了基于国产神威处理器的Openmc移植方法及系统，首次将OpenMC移植到国产神威超算平台上，推动其在国内核能领域的应用，为核反应堆物理、辐射防护、核医学等多个领域提供强有力的技术支持。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

本发明第一方面提供了基于国产神威处理器的Openmc移植方法。

基于国产神威处理器的Openmc移植方法，包括：

修改Openmc源代码，使其通过神威编译器的编译环境；

在编译链接的规则文件中，添加神威系统编译选项及对应的神威系统编译规则；

编写编译脚本，设置链接的相关依赖库；

在神威系统编译选项下，通过神威编译器对修改后的Openmc源代码进行编译，生成申威处理器可执行程序。

进一步的，所述修改Openmc源代码，具体为：将源代码中的constexpr成员函数更改为静态成员函数。

进一步的，所述在编译链接的规则文件中，添加神威系统编译选项及对应的神威系统编译规则，具体为：

修改CMakeLists.txt文件，基于cmake编译方式，添加神威系统编译选项，添加神威系统编译规则。

进一步的，所述编写编译脚本，设置链接的相关依赖库，具体为：

基于cmake编译方式，编写编译脚本，通过指定HDF5_ROOT环境变量设置hdf5库位置，通过ZIB_ROOT环境变量设置zlib库位置，通过cmake变量设置CFLAGS、CXXFLAGS选项设置神威编译器所支持的c/c++的编译选项和系统库环境地址。

进一步的，所述通过神威编译器对修改后的Openmc源代码进行编译，具体为：

选择编译为基于神威架构的运行程序；

采用交叉编译方式生成申威处理器可执行程序。

进一步的，还包括：在编译链接的规则文件中，增加众核模块编译逻辑。

进一步的，所述众核模块编译逻辑，为添加神威众核代码编译选项及对应的神威众核C语言代码编译逻辑。

本发明第二方面提供了基于国产神威处理器的Openmc移植系统。

基于国产神威处理器的Openmc移植系统，包括代码修改模块、选项添加模块、脚本编写模块和代码编译模块：

代码修改模块，被配置为：修改Openmc源代码，使其通过神威编译器的编译环境；

选项添加模块，被配置为：在编译链接的规则文件中，添加神威系统编译选项及对应的神威系统编译规则；

脚本编写模块，被配置为：编写编译脚本，设置链接的相关依赖库；

代码编译模块，被配置为：在神威系统编译选项下，通过神威编译器对修改后的Openmc源代码进行编译，生成申威处理器可执行程序。

本发明第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于国产神威处理器的Openmc移植方法中的步骤。

本发明第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的基于国产神威处理器的Openmc移植方法中的步骤。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明成功地将Openmc在申威处理器上进行了编译和运行，填补了神威集群在核模拟问题软件方面的空白；Openmc是一款领先的蒙特卡洛粒子输运模拟软件，首次将OpenMC移植到国产神威超算平台上，可以推动其在国内核能领域的应用，为核反应堆物理、辐射防护、核医学等多个领域提供强有力的技术支持。解决方案的实际操作并不复杂，为在申威处理器上进行安装使用或进行程序优化提供了方便的安装方案，从而大大减少了安装时间，为使用和优化都提供了坚实的基础。

本发明还在Openmc移植中增加众核编译分支，将基于神威众核编译的代码加入到程序中，优化了众核代码链接方式，方便了程序众核优化开发进程，提高了开发人员的工作效率。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为第一个实施例的方法流程图。

图2为第二个实施例的系统结构图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的openmc编译方式与现有的编译方法不同之处在于：

1、申威处理器平台为自主研发平台，尚未公开，一些编译规则需要特需的在cmake文件中指定并做出相应修改。

2、在软件编译控制文件中增加了众核模块编译逻辑。

3、需要对openmc源码进行修改，来适配并通过神威编译器，通过上述方法，实现了openmc的国产移植和一键编译的效果，大大提升了工作效率和准确度。

实施例一

本公开的一种实施例中提供了基于国产神威处理器的Openmc移植方法，如图1所示，步骤包括：

步骤S1：修改Openmc源代码，使其通过神威编译器的编译环境；

步骤S2：在编译链接的规则文件中，添加神威系统编译选项及对应的神威系统编译规则；

步骤S3：编写编译脚本，设置链接的相关依赖库；

步骤S4：在神威系统编译选项下，通过神威编译器对修改后的Openmc源代码进行编译，生成申威处理器可执行程序。

作为一种实施例，基于国产神威处理器的Openmc移植方法的具体实施方式如下：

步骤1:修改Openmc源代码，使其通过神威编译器的编译环境；

具体的，修改源代码，针对constexpr声明的成员函数进行更改，其中，constexpr用于声明所有的常量以及常量表达式，但因是C++11语法中的新特性，在神威编译器环境下这个新特性不被识别，无法编译，所以需要通过对程序原代码的修改，将其修改为为静态成员函数使其通过神威编译器的编译：

在include/openmc/mesh.h中，将class CylindricalMesh:publicStructuredMesh和class SphericalMesh:public StructuredMesh中的constexpr inlineint sanitize_angular_index(int idx,bool full,int N)const修改为staticconstexpr int sanitize_angular_index(int idx,bool full,int N)。

步骤2:修改编译链接的规则文件CMakeLists.txt，基于cmake编译方式，添加神威系统编译选项，在OPENMC编译规则文件中添加神威系统编译规则，使程序可编译为基于神威架构的运行程序，在神威超算的计算节点上运行，具体为：

1)增加神威系统编译选项：

OPTION(OPENMC_USE_SW"Enable SW".OFF)

2)为OPENMC_USE_SW添加神威系统编译规则,使其强制采用静态库的生成方式，具体为：

将#For Visual Studio compilers

if(MSVC)

#Use static library(otherwise explicit symbol portings are needed)

add_library(libopenmc STATIC${libopenmc_SOURCES})

#To use the shared HDF5 libraries on Windows,the H5_BUILT_AS_DYNAMIC_LIB

#compiledefinition must be specified.

target_compile_definitions(libopenmc PRIVATE-DH5_BUILT_AS_DYNAMIC_LIB)

else()

add_library(libopenmc SHARED${libopenmc_SOURCES})

endif()

修改为：

#For Visual Studio compilers

if(MSVC)

#Use static library(otherwise explicit symbol portings are needed)

add_library(libopenmc STATIC${libopenmc_SOURCES})

#To use the shared HDF5 libraries on Windows,the H5_BUILT_AS_DYNAMIC_LIB

#compiledefinition must be specified.

target_compile_definitions(libopenmc PRIVATE-DH5_BUILT_AS_DYNAMIC_LIB)

else()

if(OPENMC_USE_SW)

add_library(libopenmc STATIC${libopenmc_SOURCES})

else()

add_library(libopenmc SHARED${libopenmc_SOURCES})

endif()

这样做的目的是因为神威计算平台对静态库支持相对友好，采用这种方式可以避免MSVC变量进行判断，使其能直接在编译过程时不用考虑此方面的作用。

步骤3:设置神威众核优化代码编译和链接方式，即在步骤2基础上，添加神威众核代码编译方法。

建立cpe文件夹，并在cpe文件夹下新建slave.c,master.c文件用于编写众核优化代码，并修改编译链接的规则文件CMakeLists.txt，基于cmake编译方式，添加神威众核代码编译选项，并为神威众核代码编译选项添加神威众核C语言代码编译逻辑，具体为：

1)新建cpe文件夹，用于存放基于c语言开发的众核文件代码。

2)修改CMakeLists.txt，添加神威众核代码编译选项：

OPTION(OPENMC_USE_SW_CPE"Enable SW".OFF)

在CMakeLists.txt添加神威众核代码编译选项，可以通过在编译时直接利用CMAKE规则，指定ON选项生成众核版本代码，指定OFF选项不生成众核版代码，即原始版本代码的方式来进行运行版本控制。

3)修改CMakeLists.txt文件,在文件中的语句#Set compile/link flags basedon which compiler is being used后面进行修改，添加众核代码编译分支的编译规则。

将添加的众核代码等一些文件的文件名，添加到libopenmc规则上。将CMakeLists.txt#libopenmc语句处的list(APPEND libopenmc_SOURCES

src/bank.cpp

src/boundary_condition.cpp

修改为：

list(APPEND libopenmc_SOURCES

if(OPENMC_USE_SW_CPE)

cpe/slave.c

cpe/master.c

endif()

src/bank.cpp

src/boundary_condition.cpp

即将cpe文件夹下的采用c语言编写的众核代码slave.c文件和接口文件master.c添加到编译规则中；同时采用这种手段，利用cmake规则可以将一些新文件加入到整体编译中，即新增的神威众核版本的编译规则，具体为：

if(OPENMC_USE_SW_CPE)

set_source_files_properties(slave/slave.c PROPERTIES COMPILE_FLAGS-mslave)

list(APPEND ldfags-lm-lm_slave)

endif()

步骤4:建立build文件，并进入文件,添加如下编译规则：

通过HDF5_ROOT设置hdf5库路径；

通过ZLIB_ROOT设置zlib库路径；

设置OPENMC_USE_SW＝ON，打开SW编译规则；

设置OPENMC_USE_MPI＝ON,OPENMC_USE_OPENMP＝OFF,打开MPI，关闭OPENMP，来适配神威编译器的并行架构方式；因为当前神威规则不支持OPENMP并行方式，因此确定只采用MPI并行；

设置HDF5_C_LIBRARY_m，指定系统神威版libm.a位置；

设置HDF5_C_LIBRARY_dl，指定系统神威版libdl.a位置；

通过CMAKE_CXX_COMPILER，CMAKE_C_COMPILER，CMAKE_C_COMPILER_AR，CMAKE_C_COMPILER_RANLIB，CMAKE_CXX_FLAGS，分别设置神威版编译选项。具体方法如下：

export HDF5_ROOT＝/xxx/hdf5-1.8.21

export ZLIB_ROOT＝/xxx/zlib-1.2.11

执行如下语句，通过设置OPENMC_USE_SW选项为ON,设置采用神威编译分支：

cmake../-D OPENMC_USE_SW＝ON-D MPI_CXX＝mpic++-DHDF5_C_LIBRARY_m＝/xxx/libm.a-D HDF5_C_LIBRARY_z＝/xxx/libz.a-DHDF5_C_LIBRARY_dl＝/xxx/libdl.a-DBUILD_SHARED_LIBS＝OFF-DCMAKE_CXX_COMPILER＝mpic++-D CMAKE_C_COMPILER＝mpicc-DHDF5_PREFER_PARALLEL＝on-D OPENMC_USE_MPI＝on-DCMAKE_INSTALL_PREFIX＝/xxx/openmc_sw-D CMAKE_C_COMPILER_AR＝swar-DCMAKE_C_COMPILER_RANLIB＝swranlib-DCMAKE_CXX_COMPILER_AR＝swar-DCMAKE_C_COMPILER_RANLIB＝swranlib-D CMAKE_LINKER＝swlinked-DCMAKE_C_FLAGS＝"-std＝c11-mieee-mftz"-DCMAKE_CXX_FLAGS＝"-std＝c++11-mieee-mftz"

其中，/xxx/需替换为具体的依赖库的绝对路径。

在本实施例中，国产申威处理器采用与x86不同的系统架构，设计为含有主核和从核的异构模式，平台采用交叉编译方式生成申威处理器可执行程序，即编译器在x86平台下，生成的可执行程序为申威处理器架构的。

本实施例的基于国产申威处理器的Openmc移植方法具有如下优点：

a)扩展应用领域：首次将OpenMC移植到国产神威超算平台上，可以推动其在国内核能领域的应用，为核反应堆物理、辐射防护、核医学等多个领域提供强有力的技术支持。

b)提升国内核技术研究水平：通过在国产超算平台上运行OpenMC，可以进一步推动在核技术研究和发展方面的创新，提高国内核能领域的研究水平和国际竞争力。

c)优化资源利用：通过增加众核代码优化分支，可以将基于神威众核编译的代码加入到程序中，优化了众核代码链接方式，方便了程序众核优化开发进程，提高了开发人员的工作效率。

d)提高模拟速度：通过充分利用国产神威超算平台的强大计算能力，OpenMC在复杂的核模拟任务中能够大幅提高计算速度。这将有助于缩短核设施设计和分析的周期，为核能领域带来更高的工程效率。

e)提升众核版优化开发openmc的便携性：提出了一种众核优化代码的链接方式，通过增加cpe文件夹，存放众核相关文件，并在CMakeLists.txt中添加众核代码优化分支，便于众核文件的使用和编译。

实施例二

在一个或多个实施例中，公开了基于国产神威处理器的Openmc移植系统，如图2所示，包括代码修改模块、选项添加模块、脚本编写模块和代码编译模块：

实施例三

本实施例的目的是提供计算机可读存储介质。

计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的基于国产神威处理器的Openmc移植方法中的步骤。

实施例四

本实施例的目的是提供电子设备。

电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的基于国产神威处理器的Openmc移植方法中的步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于国产神威处理器的Openmc移植方法，其特征在于，包括：

修改Openmc源代码，使其通过神威编译器的编译环境；

编写编译脚本，设置链接的相关依赖库；

2.如权利要求1所述的基于国产神威处理器的Openmc移植方法，其特征在于，所述修改Openmc源代码，具体为：将源代码中的constexpr成员函数更改为静态成员函数。

3.如权利要求1所述的基于国产神威处理器的Openmc移植方法，其特征在于，所述在编译链接的规则文件中，添加神威系统编译选项及对应的神威系统编译规则，具体为：

4.如权利要求1所述的基于国产神威处理器的Openmc移植方法，其特征在于，所述编写编译脚本，设置链接的相关依赖库，具体为：

基于cmake编译方式，编写编译脚本，通过指定HDF5_ROOT环境变量设置hdf5库位置，通过ZIB_ROOT环境变量设置zl ib库位置，通过cmake变量设置CFLAGS、CXXFLAGS选项设置神威编译器所支持的c/c++的编译选项和系统库环境地址。

5.如权利要求1所述的基于国产神威处理器的Openmc移植方法，其特征在于，所述通过神威编译器对修改后的Openmc源代码进行编译，具体为：

选择编译为基于神威架构的运行程序；

采用交叉编译方式生成申威处理器可执行程序。

6.如权利要求1所述的基于国产神威处理器的Openmc移植方法，其特征在于，还包括：在编译链接的规则文件中，增加众核模块编译逻辑。

7.如权利要求6所述的基于国产神威处理器的Openmc移植方法，其特征在于，所述众核模块编译逻辑，为添加神威众核代码编译选项及对应的神威众核C语言代码编译逻辑。

8.基于国产神威处理器的Openmc移植系统，其特征在于，包括代码修改模块、选项添加模块、脚本编写模块和代码编译模块：

9.一种电子设备，其特征是，包括：

存储器，用于非暂时性存储计算机可读指令；以及

处理器，用于运行所述计算机可读指令，

其中，所述计算机可读指令被所述处理器运行时，执行上述权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种存储介质，其特征是，非暂时性地存储计算机可读指令，其中，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，执行权利要求1-7任一项所述方法的指令。