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Private GIT Repository
aMerge branch 'master' of ssh://bilbo.iut-bm.univ-fcomte.fr/GMRES2stage
authorlilia <lilia@agora>
Sat, 11 Oct 2014 20:57:45 +0000 (22:57 +0200)
committerlilia <lilia@agora>
Sat, 11 Oct 2014 20:57:45 +0000 (22:57 +0200)
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paper.tex

diff --combined paper.tex
index f2114e57fa56c7229013a9c1f5f52b112264cfaa,2583813c34ab16744115768e35e4c8d89fca5524..00bf7b7587752cf1b2a5291e640338eac1f0489d
+++ b/paper.tex
@@@ -601,21 -601,7 +601,21 @@@ is summarized while intended perspectiv
  %%%*********************************************************
  \section{Related works}
  \label{sec:02} 
 -%Wherever Times is specified, Times Roman or Times New Roman may be used. If neither is available on your system, please use the font closest in appearance to Times. Avoid using bit-mapped fonts if possible. True-Type 1 or Open Type fonts are preferred. Please embed symbol fonts, as well, for math, etc.
 +GMRES method is one of the most widely used iterative solvers chosen to deal with the sparsity and the large order of linear systems. It was initially developed by Saad \& al.~\cite{Saad86} to deal with non-symmetric and non-Hermitian problems, and indefinite symmetric problems too. The convergence of the restarted GMRES with preconditioning is faster and more stable than those of some other iterative solvers. 
 +
 +The next two chapters explore a few methods which are considered currently to be among the
 +most important iterative techniques available for solving large linear systems. These techniques
 +are based on projection processes, both orthogonal and oblique, onto Krylov subspaces, which
 +are subspaces spanned by vectors of the form p(A)v where p is a polynomial. In short, these
 +techniques approximate A −1 b by p(A)b, where p is a “good” polynomial. This chapter covers
 +methods derived from, or related to, the Arnoldi orthogonalization. The next chapter covers
 +methods based on Lanczos biorthogonalization.
 +
 +Krylov subspace techniques have inceasingly been viewed as general purpose iterative methods, especially since the popularization of the preconditioning techniqes.
 +
 +Preconditioned Krylov-subspace iterations are a key ingredient in
 +many modern linear solvers, including in solvers that employ support
 +preconditioners. 
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@@@ -668,10 -654,10 +668,10 @@@ appropriate than a single direct metho
    \Input $A$ (sparse matrix), $b$ (right-hand side)
    \Output $x$ (solution vector)\vspace{0.2cm}
    \State Set the initial guess $x_0$
 -  \For {$k=1,2,3,\ldots$ until convergence (error$<\epsilon_{tsirm}$)} \label{algo:conv}
 +  \For {$k=1,2,3,\ldots$ until convergence ($error<\epsilon_{tsirm}$)} \label{algo:conv}
      \State  $[x_k,error]=Solve(A,b,x_{k-1},max\_iter_{kryl})$   \label{algo:solve}
 -    \State $S_{k \mod s}=x_k$ \label{algo:store} \Comment{update column (k mod s) of S}
 -    \If {$k \mod s=0$ {\bf and} error$>\epsilon_{kryl}$}
 +    \State $S_{k \mod s}=x_k$ \label{algo:store} \Comment{update column ($k \mod s$) of $S$}
 +    \If {$k \mod s=0$ {\bf and} $error>\epsilon_{kryl}$}
        \State $R=AS$ \Comment{compute dense matrix} \label{algo:matrix_mul}
              \State $\alpha=Least\_Squares(R,b,max\_iter_{ls})$ \label{algo:}
        \State $x_k=S\alpha$  \Comment{compute new solution}
@@@ -689,10 -675,10 +689,10 @@@ method. Moreover,  a tolerance  thresho
  practice, this threshold must be  much smaller than the convergence threshold of
  the  TSIRM algorithm  (\emph{i.e.}, $\epsilon_{tsirm}$).  We also  consider that
  after the call of the $Solve$ function, we obtain the vector $x_k$ and the error
 -which is defined by $||Ax^k-b||_2$.
 +which is defined by $||Ax_k-b||_2$.
  
    Line~\ref{algo:store},
 -$S_{k \mod  s}=x^k$ consists in  copying the solution  $x_k$ into the  column $k
 +$S_{k \mod  s}=x_k$ consists in  copying the solution  $x_k$ into the  column $k
  \mod s$ of $S$.   After the minimization, the matrix $S$ is  reused with the new
  values of the residuals.  To solve the minimization problem, an iterative method
  is used. Two parameters are required  for that: the maximum number of iterations
@@@ -982,8 -968,7 +982,7 @@@ preconditioner in PETSc please consult~
  
  Table~\ref{tab:03} shows  the execution  times and the  number of  iterations of
  example ex15  of PETSc on the  Juqueen architecture. Different  numbers of cores
- are  studied ranging  from  2,048  up-to 16,383.   Two  preconditioners have  been
- tested: {\it mg} and {\it sor}.   For those experiments,  the number  of components  (or unknowns  of the
+ are  studied ranging  from  2,048  up-to 16,383 with the two preconditioners {\it mg} and {\it sor}.   For those experiments,  the number  of components  (or unknowns  of the
  problems)  per core  is fixed  to 25,000,  also called  weak  scaling. This
  number can seem relatively small. In fact, for some applications that need a lot
  of  memory, the  number of  components per  processor requires  sometimes  to be
@@@ -1050,8 -1035,40 +1049,40 @@@ the number of iterations. So, the overa
  \end{table*}
  
  
- In Table~\ref{tab:04}, some experiments with example ex54 on the Curie architecture are reported.
+ In  Table~\ref{tab:04},  some  experiments   with  example  ex54  on  the  Curie
+ architecture are reported.  For this  application, we fixed $\alpha=0.6$.  As it
+ can be seen in that Table, the size of the problem has a strong influence on the
+ number of iterations to reach the  convergence. That is why we have preferred to
+ change the threshold.  If we set  it to $1e-3$ as with the previous application,
+ only one iteration is necessray  to reach the convergence. So Table~\ref{tab:04}
+ shows the results  of differents executions with differents  number of cores and
+ differents thresholds. As  with the previous example, we  can observe that TSIRM
+ is faster than FGMRES. The ratio greatly depends on the number of iterations for
+ FMGRES to reach the threshold. The greater the number of iterations to reach the
+ convergence is, the  better the ratio between our algorithm  and FMGRES is. This
+ experiment is  also a  weak scaling with  approximately $25,000$  components per
+ core. It can also  be observed that the difference between CGLS  and LSQR is not
+ significant. Both can be good but it seems not possible to know in advance which
+ one will be the best.
+ Table~\ref{tab:05} show a strong scaling experiment with the exemple ex54 on the
+ Curie  architecture. So  in  this case,  the  number of  unknownws  is fixed  to
+ $204,919,225$ and the number of cores ranges from $512$ to $8192$ with the power
+ of two.  The  threshold is fixed to $5e-5$ and only  the $mg$ preconditioner has
+ been tested. Here  again we can see that TSIRM is  faster that FGMRES. Efficiecy
+ of each algorithms is reported. It  can be noticed that FGMRES is more efficient
+ than TSIRM except with $8,192$ cores and that its efficiency is greater that one
+ whereas the  efficiency of TSIRM is  lower than one. Nevertheless,  the ratio of
+ TSIRM  with any  version  of the  least-squares  method is  always faster.  With
+ $8,192$ cores when the number of iterations is far more important for FGMRES, we
+ can see that it is only slightly more important for TSIRM.
+ In  Figure~\ref{fig:02}  we report  the  number  of  iterations per  second  for
+ experiments  reported in  Table~\ref{tab:05}.  This Figure  highlights that  the
+ number of iterations per  seconds is more of less the same  for FGMRES and TSIRM
+ with a little advantage for FGMRES. It  can be explained by the fact that, as we
+ have previously explained, that the iterations of the least-sqaure steps are not
+ taken into account with TSIRM.
  
  \begin{table*}[htbp]
  \begin{center}
  \label{fig:02}
  \end{figure}
  
+ Concerning the  experiments some  other remarks are  interesting. We  can tested
+ other examples  of PETSc  (ex29, ex45,  ex49). For all  these examples,  we also
+ obtained  similar  gain between  GMRES  and TSIRM  but  those  examples are  not
+ scalable  with many  cores. In  general,  we had  some problems  with more  than
+ $4,096$ cores. 
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@@@ -1104,13 -1127,14 +1141,14 @@@ experiments up to 16,394 cores have bee
  5 or  7 times  faster than GMRES.
  
  
- For future work, the authors' intention is to investigate 
- other kinds of matrices, problems, and inner solvers. The 
- influence of all parameters must be tested too, while 
- other methods to minimize the residuals must be regarded.
- The number of outer iterations to minimize should become 
- adaptative to improve the overall performances of the proposal.
- Finally, this solver will be implemented inside PETSc.
+ For  future  work, the  authors'  intention is  to  investigate  other kinds  of
+ matrices, problems, and  inner solvers. The influence of  all parameters must be
+ tested too, while other methods to minimize the residuals must be regarded.  The
+ number of outer  iterations to minimize should become  adaptative to improve the
+ overall performances of the proposal.   Finally, this solver will be implemented
+ inside PETSc. This  would be very interesting because it would  allow us to test
+ all the non-linear  examples and compare our algorithm  with the other algorithm
+ implemented in PETSc.
  
  
  % conference papers do not normally have an appendix