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GPU加速不完全Cholesky分解预条件共轭梯度法
  • ISSN号:1000-1239
  • 期刊名称:《计算机研究与发展》
  • 时间:0
  • 分类:TP338.6[自动化与计算机技术—计算机系统结构;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]中国科学院计算机网络信息中心,北京100190, [2]中国科学院大学,北京100190
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(60873113);国家自然科学基金重大研究计划项目(91430214);国家“九七三”重点基础研究发展计划基金项目(2011CB309702);国家“八六三”高技术研究发展计划基金项目(2012AA01A309);数学工程与先进计算国家重点实验室开放基金项目(2014A03)
中文摘要:

不完全 Cholesky 分解预条件共轭梯度(incomplete Cholesky factorization preconditioned conjugate gradient ,ICCG)法是求解大规模稀疏对称正定线性方程组的有效方法。然而ICCG法要求在每次迭代中求解2个稀疏三角方程组,稀疏三角方程组求解固有的串行性成为了ICCG法在GPU上并行求解的瓶颈。针对稀疏三角方程组求解,给出了一种利用GPU 加速的有效方法。为了增加稀疏三角方程组求解在GPU上的多线程并行性,提出了对不完全Cholesky分解产生的稀疏三角矩阵进行分层调度(level scheduling )的方法。为了进一步提高稀疏三角方程组求解的并行性能,提出了在分层调度前通过近似最小度(approximate minimum degree ,AMD)算法对系数矩阵进行重排序、在分层调度后对稀疏三角矩阵进行层排序的方法,降低了分层调度过程中产生的层数,优化了稀疏三角方程组求解的GPU内存访问模式。数值实验表明,与利用NVIDIA CUSPARSE实现的ICCG法相比,采用上述方法性能可以获得平均1倍以上的提升。

英文摘要:

Incomplete Cholesky factorization preconditioned conjugate gradient (ICCG ) method is effective to solve large sparse symmetric positive definite linear systems . However ,ICCG method requires solving two sparse triangular linear systems during each iteration .The inherent serialism of solving sparse triangular becomes a bottleneck which prevents high efficient parallelization of ICCG method on GPU platform .In this paper ,an effective method to accelerate solving sparse triangular on GPU platform is proposed . In order to increase the multi‐thread parallelism of solving sparse triangular on GPU platform ,level scheduling is exploited for the sparse triangular matrixes which incomplete Cholesky factorization generates .For further improving the parallel performance of solving sparse triangular ,approximate minimum degree (AMD) algorithm is used to reorder the coefficient matrix before level scheduling .Moreover ,a novel method ,taking advantage of the level information to reorder the sparse triangular matrices after level scheduling ,is applied .These two methods can decrease the number of levels during level scheduling and optimize GPU memory access pattern to utilize memory coalescing in solving sparse triangular ,respectively .Numerical experiments indicate that compared with ICCG method implemented with NVIDIA CUSPARSE , applying the above methods can obtain more than 100% performance improvement on average .

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期刊信息
  • 《计算机研究与发展》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院计算技术研究所
  • 主编:徐志伟
  • 地址:北京市科学院南路6号中科院计算所
  • 邮编:100190
  • 邮箱:crad@ict.ac.cn
  • 电话:010-62620696 62600350
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-1239
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1777/TP
  • 邮发代号:2-654
  • 获奖情况:
  • 2001-2007百种中国杰出学术期刊,2008中国精品科...,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:40349