Search

Рассматриваются алгебраические, геометрические и информационные аспекты параллельных методов декомпозиции для решения больших систем линейных уравнений с разреженными матрицами, возникающими при аппроксимации многомерных краевых задач на неструктурированных сетках. Алгоритмы базируются на разбиении сеточной расчетной области на подобласти с параметризованной величиной пересечений и различными интерфейсными условиями на смежных границах. Рассматриваются вопросы, возникающие при алгебраической декомпозиции исходной матрицы. Применяются различные двухуровневые итерационные процессы, включающие в себя предобусловленные крыловские методы с использованием грубосеточной коррекции, а также синхронное решение вспомогательных систем в подобластях с помощью прямых или итерационных алгоритмов. Распараллеливание алгоритмов реализуется средствами гибридного программирования с формированием MPI-процессов для каждой подобласти и использованием в них многопотоковых вычислений над общей памятью. Информационные коммуникации между соседними подобластями осуществляются на каждой внешней итерации путем предварительной организации буферов обмена и применения неблокирующих операций с возможностями проведения арифметических действий на фоне передачи данных., Algebraic, geometric, and informational aspects of parallel decomposition methods are considered to solve large systems of linear equations with sparse matrices arising after approximation of multidimensional boundary value problems on unstructured grids. Algorithms are based on partitioning a grid computational domain into its subdomains with a parameterized value of overlapping and various interface conditions on the adjacent boundaries. Some questions arising in algebraic decomposition of the original matrix are discussed. Various two-level iterative processes are used. They include both preconditioned Krylov methods with a coarse grid correction and the parallel solution of auxiliary subsystems in subdomains by direct or iterative algorithms. Parallelization of algorithms is implemented by means of hybrid programming with separate MPI processes for each subdomain and by multithreaded computations over shared memory in each of the subdomains. Communications between adjacent subdomains are performed on each external iteration via the preliminary creation of some exchange buffers and using non-blocking operations, which makes it possible to combine both the arithmetic operations and data transfer., ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ: НОВЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, Выпуск 2 2016

Предложен новый параллельный метод решения задачи Дирихле для уравнения Пуассона в контексте нестационарных задач математической физики. Метод основан на декомпозиции прямоугольной декартовой области решения в одном направлении, решении уравнения Пуассона в каждой подобласти прямым методом и сопряжении подобластей с помощью быстрого вычисления потенциала выделенного слоя экранирующих зарядов.Тестовые эксперименты, проведенные на суперкомпьютерах Межведомственного суперкомпьютерного центра и Сибирского суперкомпьютерного центра, показали хорошую масштабируемость алгоритма., A new parallel method to solve the Dirichlet problem for Poissons equation in the context of nonstationary problems of mathematical physics is proposed. This method is based on a decomposition of a rectangular Cartesian domain in one direction, on a direct method of solving Poissons equation in each subdomain, and on the coupling of the subdomains using a fast procedure for evaluating a single layer potential. A number of test experiments conducted on supercomputers installed at Joint Supercomputing Center of Russian Academy of Sciences and at Siberian Supercomputing Center show a good weak and strong scalability of the parallel algorithm., №1 (2018)

Одним из главных препятствий масштабированному распараллеливанию алгебраических методов декомпозиции для решения сверхбольших разреженных систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) является замедление скорости сходимости аддитивного итерационного алгоритма Шварца в подпространствах Крылова при увеличении количества подобластей. Целью настоящей статьи является сравнительный экспериментальный анализ различных приeмов ускорения итераций: параметризованное пересечение подобластей, использование специальных интерфейсных условий на границах смежных подобластей, а также применение грубосеточной коррекции (агрегации, или редукции) исходной СЛАУ для построения дополнительного предобусловливателя. Распараллеливание алгоритмов осуществляется на двух уровнях программными средствами для распределeнной и общей памяти. Тестовые СЛАУ получаются при помощи конечно-разностных аппроксимаций задачи Дирихле длядиффузионно-конвективного уравнения с различными значениями конвективных коэффициентов на последовательности сгущающихся сеток., One of the main obstacles to the scalable parallelization of the algebraic decomposition methods for solving large sparse systems of linear algebraic equations consists in slowing the convergence rate of the additive iterative Schwarz algorithm in the Krylov subspaces when the number of subdomains increases. The aim of this paper is a comparative experimental analysis of various ways to accelerate the iterations: a parametrized intersection of subdomains, the usage of interface conditions at the boundaries of adjacent subdomains, and the application of a coarse grid correction (aggregation, or reduction) for the original linear system to build an additional preconditioner. The parallelization of algorithms is performed on two levels by programming tools for the distributed and shared memory. The benchmark linear systems under study are formed using the finite difference approximations of the Dirichlet problem for the diffusion-convection equation with various values of the convection coefficients and on a sequence of condensing grids., №1 (2018)

Предложен новый параллельный алгоритм для решения трехмерного уравнения Пуассона в контексте нестационарных задач астрофизики. Алгоритм основан на декомпозиции трехмерной области по двум направлениям, в применении прямого метода решения задачи Дирихле в каждой подобласти и в комбинации метода сопряжения подобластей для двумерного экранированного уравнения Пуассона с методом разделения переменных. Тестовые эксперименты проводились на суперкомпьютерах Межведомственного суперкомпьютерного центра (МСКЦ) и Сибирского суперкомпьютерного центра (ССКЦ)., A new parallel algorithm for solving the three-dimensional Poissons equation in the context of nonstationary problems of astrophysics is proposed. This algorithm is based on a decomposition of the 3D domain in two directions, on the application of a direct method for solving the Dirichlet problem in each subdomain, and on a combination of subdomains coupling for the screened Poissons equation with the variable separation method. Test experiments were conducted on supercomputers installed at the Joint Supercomputing Center of Russian Academy of Sciences (Moscow) and at the Siberian Supercomputing Center (Novosibirsk)., №1 (2018)