Three-dimensional particle-in-cell plasma simulation on Intel Xeon Phi: performance optimization and case study

Рассматривается проблема эффективного использования ускорителей Xeon Phi при моделировании лазерной плазмы. Приводится анализ особенностей архитектуры Xeon Phi, влияющих на производительность кода при численном моделировании плазмы методом частиц в ячейках. Описывается параллельный программный комплекс PICADOR, оптимизированный ранее для расчетов на ускорителях. Производительность программного комплекса на Xeon Phi в сравнении с CPU исследуется при решении трех вычислительно трудоемких задач. Обсуждается соотношение времени расчета на Xeon Phi и CPU на разных этапах метода частиц в ячейках. Демонстрируется, что в зависимости от особенностей задачи Xeon Phi может как опережать, так и отставатьот CPU при выполнении расчетов. An efficient application of computational systems equipped with Intel Xeon Phi coprocessors for the laser-plasma simulation is considered. The features of Xeon Phi architecture that influence the performance of Particle-in-Cell plasmasimulation are analyzed. The PICADOR parallel plasma simulation code previously optimized for Xeon Phi is described. Its performance on Xeon Phi compared to CPU is studied on three computationally intensive plasma simulation problems. The ratio of computational time on Xeon Phi to CPU is discussed for the main stages of the Particle-in-Cell method. It is shown that, depending on the features of a physical problem, the use of Xeon Phi can be both advantageous and disadvantageous compared to CPU.