BookGPU/Chapters/chapter16/date12envelope.tex

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  28 % correct bad hyphenation here
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  52 \begin{document}
  53 \title{
  54 A GPU-Accelerated Envelope-Following Method for Switching Power Converter Simulation
  55 }
  56 \author{
  57   \IEEEauthorblockN{
  58     Xue-Xin Liu\IEEEauthorrefmark{1},
  59     Sheldon X.-D. Tan\IEEEauthorrefmark{1},
  60     Hai Wang\IEEEauthorrefmark{1}, and
  61     Hao Yu\IEEEauthorrefmark{2}
  62   }
  63   \IEEEauthorblockA{
  64     \IEEEauthorrefmark{1}Dept. Electrical Engineering,
  65     University  of California, Riverside, CA 92521
  66   }
  67   \IEEEauthorblockA{
  68     \IEEEauthorrefmark{2}School of Electrical \& Electronic Engineering,
  69     Nanyang Technological University
  70   }
  71   \thanks{
  72     This research was supported in part by NSF grants under
  73     No.~CCF-1017090
  74     No.~OISE-1051797, and
  75     No.~OISE-0929699.
  76   }
  77 }
  78
  79 %\IEEEpubid{978-3-9810801-8-6/DATE12/@2012 EDAA}
  80
  81 \maketitle
  82
  83 \begin{abstract}
  84 % Power converters have seen a surge of new trends and novel
  85 % applications due to their widespread use  in renewable energy
  86 % systems and emerging  hybrid and purely-electric vehicles. More
  87 % efficient simulation  techniques for power converters are urgently
  88 % needed to meet more design constraints.
  89 In this paper, we propose a new envelope-following parallel transient analysis method for
  90 the general switching power converters. The new method first exploits
  91 the parallelisim in the envelope-following method
  92 and parallelize the Newton update solving part,
  93 which is the most computational expensive, in GPU platforms
  94 to boost the simulation performance.
  95 To further speed up the iterative GMRES
  96 solving for Newton update equation in the envelope-following
  97 method, we apply the matrix-free Krylov basis generation
  98 technique, which was previously used for RF simulation.
  99 Last, the new method also applies more robust
 100 Gear-2 integration to compute the sensitivity matrix instead of
 101 traditional integration methods.
 102 %Furthermore, the resulted Gear-2 and matrix-free GMRES have been
 103 Experimental results from several integrated on-chip power
 104 converters show that the proposed GPU envelope-following algorithm leads to
 105 about 10$\times$ speedup compared to its CPU counterpart,
 106 and 100$\times$ faster than the traditional envelop-following methods
 107 while still keeps the similar accuracy.
 108 \end{abstract}
 109
 110 \input intro.tex
 111 \input ef.tex
 112 %\input bdf.tex  % now inside gpu.tex now
 113 \input gpu.tex
 114 \input exp.tex
 115
 116 \section{Conclusion} \label{sec:conclusion}
 117 A new envelope-following method for transient analysis of
 118 switching power converters has been introduced.
 119 First, the computationally expensive step,
 120 the solving of Newton update equation,
 121 has been parallelized on CUDA-enabled GPU platforms
 122 with iterative GMRES solver to boost performance of the analysis method.
 123 To further speed up the GMRES solving for Newton update equation,
 124 we have employed the matrix-free Krylov basis generation technique.
 125 The proposed method also applies the more robust Gear-2 integration
 126 to compute the sensitivity matrix.
 127 Experimental results from several integrated
 128 on-chip power converters have shown that the proposed GPU
 129 envelope-following algorithm can lead to about 10$\times$
 130 speedup compared to its CPU counterpart,
 131 and 100$\times$ faster than the traditional
 132 envelop-following methods while still keeps the similar accuracy.
 133
 134
 135 \bibliographystyle{unsrt} % IEEEtranS
 136 \bibliography{./envelope,../../bib/interconnect,../../bib/architecture,../../bib/simulation}
 137 % ./rfsim.bib
 138
 139 \end{document}