Julien Langou, Julien Herrmann, Bradley R. Lowery, Mathieu Faverge, Yves Robert, Jack Dongarra, Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP), High-End Parallel Algorithms for Challenging Numerical Simulations (HiePACS), 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)-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), Optimisation des ressources : modèles, algorithmes et ordonnancement (ROMA), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon), Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP), Department of Mathematical and Statistical Sciences, University of Colorado [Denver], Innovative Computing Laboratory [Knoxville] (ICL), The University of Tennessee [Knoxville], École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon), 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, École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)
This paper introduces hybrid LU-QR algorithms for solving dense linear systems of the form A x = b . Throughout a matrix factorization, these algorithms dynamically alternate LU with local pivoting and QR elimination steps based upon some robustness criterion. LU elimination steps can be very efficiently parallelized, and are twice as cheap in terms of floating-point operations, as QR steps. However, LU steps are not necessarily stable, while QR steps are always stable. The hybrid algorithms execute a QR step when a robustness criterion detects some risk for instability, and they execute an LU step otherwise. The choice between LU and QR steps must have a small computational overhead and must provide a satisfactory level of stability with as few QR steps as possible. In this paper, we introduce several robustness criteria and we establish upper bounds on the growth factor of the norm of the updated matrix incurred by each of these criteria. In addition, we describe the implementation of the hybrid algorithms through an extension of the PaRSEC software to allow for dynamic choices during execution. Finally, we analyze both stability and performance results compared to state-of-the-art linear solvers on parallel distributed multicore platforms. A comprehensive set of experiments shows that hybrid LU-QR algorithms provide a continuous range of trade-offs between stability and performances. New hybrid algorithm combining stability of QR and efficiency of LU factorizations.Flexible threshold criteria to select LU and QR steps.Comprehensive experimental bi-criteria study of stability and performance.