1. Optimization of the Gyroaverage operator based on Hermite interpolation
- Author
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Christophe Steiner, Michel Mehrenberger, Julien Bigot, Virginie Grandgirard, Guillaume Latu, T. Cartier-Michaud, Jean Roman, Fabien Rozar, Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (LaBRI), Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB), High-End Parallel Algorithms for Challenging Numerical Simulations (HiePACS), Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique (IRFM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Institut de Recherche Mathématique Avancée (IRMA), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), TOkamaks and NUmerical Simulations (TONUS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Nancy - Grand Est, Maison de la Simulation (MDLS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, and Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
FOS: Computer and information sciences ,Scheme (programming language) ,Computer science ,Computation ,[INFO.INFO-DS]Computer Science [cs]/Data Structures and Algorithms [cs.DS] ,[PHYS.MPHY]Physics [physics]/Mathematical Physics [math-ph] ,FOS: Physical sciences ,01 natural sciences ,Plasma physics ,010305 fluids & plasmas ,Operator (computer programming) ,Hermite interpolation ,0103 physical sciences ,QA1-939 ,FOS: Mathematics ,Code (cryptography) ,Optimisation ,Fraction (mathematics) ,0101 mathematics ,computer.programming_language ,T57-57.97 ,Applied mathematics. Quantitative methods ,Computer Science - Numerical Analysis ,Numerical Analysis (math.NA) ,Computational Physics (physics.comp-ph) ,Data structure ,[INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation ,010101 applied mathematics ,Computer Science - Distributed, Parallel, and Cluster Computing ,Product (mathematics) ,Hermite Interpolation ,Distributed, Parallel, and Cluster Computing (cs.DC) ,[INFO.INFO-DC]Computer Science [cs]/Distributed, Parallel, and Cluster Computing [cs.DC] ,Physics - Computational Physics ,Algorithm ,computer ,Mathematics - Abstract
Gyrokinetic modeling is appropriate for describing Tokamak plasma turbulence, and the gyroaverage operator is a cornerstone of this approach. In a gyrokinetic code, the gyroaveraging scheme needs to be accurate enough to avoid spoiling the data but also requires a low computation cost because it is applied often on the main unknown, the 5D guiding-center distribution function, and on the 3D electric potentials. In the present paper, we improve a gyroaverage scheme based on Hermite interpolation used in the Gysela code. This initial implementation represents a too large fraction of the total execution time. The gyroaverage operator has been reformulated and is now expressed as a matrix-vector product and a cache-friendly algorithm has been setup. Different techniques have been investigated to quicken the computations by more than a factor two. Description of the algorithms is given, together with an analysis of the achieved performance.
- Published
- 2016
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