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Private GIT Repository
a1615fad2e0b425a029d86681bc70a571c0cbe95
[kahina_paper2.git] / paper.tex
1
2 %% bare_conf.tex
3 %% V1.4b
4 %% 2015/08/26
5 %% by Michael Shell
6 %% See:
7 %% http://www.michaelshell.org/
8 %% for current contact information.
9 %%
10 %% This is a skeleton file demonstrating the use of IEEEtran.cls
11 %% (requires IEEEtran.cls version 1.8b or later) with an IEEE
12 %% conference paper.
13 %%
14 %% Support sites:
15 %% http://www.michaelshell.org/tex/ieeetran/
16 %% http://www.ctan.org/pkg/ieeetran
17 %% and
18 %% http://www.ieee.org/
19
20 %%*************************************************************************
21 %% Legal Notice:
22 %% This code is offered as-is without any warranty either expressed or
23 %% implied; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
24 %% FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE! 
25 %% User assumes all risk.
26 %% In no event shall the IEEE or any contributor to this code be liable for
27 %% any damages or losses, including, but not limited to, incidental,
28 %% consequential, or any other damages, resulting from the use or misuse
29 %% of any information contained here.
30 %%
31 %% All comments are the opinions of their respective authors and are not
32 %% necessarily endorsed by the IEEE.
33 %%
34 %% This work is distributed under the LaTeX Project Public License (LPPL)
35 %% ( http://www.latex-project.org/ ) version 1.3, and may be freely used,
36 %% distributed and modified. A copy of the LPPL, version 1.3, is included
37 %% in the base LaTeX documentation of all distributions of LaTeX released
38 %% 2003/12/01 or later.
39 %% Retain all contribution notices and credits.
40 %% ** Modified files should be clearly indicated as such, including  **
41 %% ** renaming them and changing author support contact information. **
42 %%*************************************************************************
43
44
45 % *** Authors should verify (and, if needed, correct) their LaTeX system  ***
46 % *** with the testflow diagnostic prior to trusting their LaTeX platform ***
47 % *** with production work. The IEEE's font choices and paper sizes can   ***
48 % *** trigger bugs that do not appear when using other class files.       ***                          ***
49 % The testflow support page is at:
50 % http://www.michaelshell.org/tex/testflow/
51
52
53
54 \documentclass[conference]{IEEEtran}
55 % Some Computer Society conferences also require the compsoc mode option,
56 % but others use the standard conference format.
57 %
58 % If IEEEtran.cls has not been installed into the LaTeX system files,
59 % manually specify the path to it like:
60 % \documentclass[conference]{../sty/IEEEtran}
61
62
63
64
65
66 % Some very useful LaTeX packages include:
67 % (uncomment the ones you want to load)
68
69
70 % *** MISC UTILITY PACKAGES ***
71 %
72 %\usepackage{ifpdf}
73 % Heiko Oberdiek's ifpdf.sty is very useful if you need conditional
74 % compilation based on whether the output is pdf or dvi.
75 % usage:
76 % \ifpdf
77 %   % pdf code
78 % \else
79 %   % dvi code
80 % \fi
81 % The latest version of ifpdf.sty can be obtained from:
82 % http://www.ctan.org/pkg/ifpdf
83 % Also, note that IEEEtran.cls V1.7 and later provides a builtin
84 % \ifCLASSINFOpdf conditional that works the same way.
85 % When switching from latex to pdflatex and vice-versa, the compiler may
86 % have to be run twice to clear warning/error messages.
87
88
89
90
91
92
93 % *** CITATION PACKAGES ***
94 %
95 %\usepackage{cite}
96 % cite.sty was written by Donald Arseneau
97 % V1.6 and later of IEEEtran pre-defines the format of the cite.sty package
98 % \cite{} output to follow that of the IEEE. Loading the cite package will
99 % result in citation numbers being automatically sorted and properly
100 % "compressed/ranged". e.g., [1], [9], [2], [7], [5], [6] without using
101 % cite.sty will become [1], [2], [5]--[7], [9] using cite.sty. cite.sty's
102 % \cite will automatically add leading space, if needed. Use cite.sty's
103 % noadjust option (cite.sty V3.8 and later) if you want to turn this off
104 % such as if a citation ever needs to be enclosed in parenthesis.
105 % cite.sty is already installed on most LaTeX systems. Be sure and use
106 % version 5.0 (2009-03-20) and later if using hyperref.sty.
107 % The latest version can be obtained at:
108 % http://www.ctan.org/pkg/cite
109 % The documentation is contained in the cite.sty file itself.
110
111
112
113
114
115
116 % *** GRAPHICS RELATED PACKAGES ***
117 %
118 \ifCLASSINFOpdf
119    \usepackage[pdftex]{graphicx}
120    
121   % declare the path(s) where your graphic files are
122   % \graphicspath{{../pdf/}{../jpeg/}}
123   % and their extensions so you won't have to specify these with
124   % every instance of \includegraphics
125   % \DeclareGraphicsExtensions{.pdf,.jpeg,.png}
126 \else
127   % or other class option (dvipsone, dvipdf, if not using dvips). graphicx
128   % will default to the driver specified in the system graphics.cfg if no
129   % driver is specified.
130   % \usepackage[dvips]{graphicx}
131   % declare the path(s) where your graphic files are
132   % \graphicspath{{../eps/}}
133   % and their extensions so you won't have to specify these with
134   % every instance of \includegraphics
135   % \DeclareGraphicsExtensions{.eps}
136 \fi
137 % graphicx was written by David Carlisle and Sebastian Rahtz. It is
138 % required if you want graphics, photos, etc. graphicx.sty is already
139 % installed on most LaTeX systems. The latest version and documentation
140 % can be obtained at: 
141 % http://www.ctan.org/pkg/graphicx
142 % Another good source of documentation is "Using Imported Graphics in
143 % LaTeX2e" by Keith Reckdahl which can be found at:
144 % http://www.ctan.org/pkg/epslatex
145 %
146 % latex, and pdflatex in dvi mode, support graphics in encapsulated
147 % postscript (.eps) format. pdflatex in pdf mode supports graphics
148 % in .pdf, .jpeg, .png and .mps (metapost) formats. Users should ensure
149 % that all non-photo figures use a vector format (.eps, .pdf, .mps) and
150 % not a bitmapped formats (.jpeg, .png). The IEEE frowns on bitmapped formats
151 % which can result in "jaggedy"/blurry rendering of lines and letters as
152 % well as large increases in file sizes.
153 %
154 % You can find documentation about the pdfTeX application at:
155 % http://www.tug.org/applications/pdftex
156
157
158
159
160
161 % *** MATH PACKAGES ***
162 %
163 \usepackage{amsmath}
164 % A popular package from the American Mathematical Society that provides
165 % many useful and powerful commands for dealing with mathematics.
166 %
167 % Note that the amsmath package sets \interdisplaylinepenalty to 10000
168 % thus preventing page breaks from occurring within multiline equations. Use:
169 %\interdisplaylinepenalty=2500
170 % after loading amsmath to restore such page breaks as IEEEtran.cls normally
171 % does. amsmath.sty is already installed on most LaTeX systems. The latest
172 % version and documentation can be obtained at:
173 % http://www.ctan.org/pkg/amsmath
174
175
176
177
178
179 % *** SPECIALIZED LIST PACKAGES ***
180 %
181 \usepackage{algorithmic}
182 % algorithmic.sty was written by Peter Williams and Rogerio Brito.
183 % This package provides an algorithmic environment fo describing algorithms.
184 % You can use the algorithmic environment in-text or within a figure
185 % environment to provide for a floating algorithm. Do NOT use the algorithm
186 % floating environment provided by algorithm.sty (by the same authors) or
187 % algorithm2e.sty (by Christophe Fiorio) as the IEEE does not use dedicated
188 % algorithm float types and packages that provide these will not provide
189 % correct IEEE style captions. The latest version and documentation of
190 % algorithmic.sty can be obtained at:
191 % http://www.ctan.org/pkg/algorithms
192 % Also of interest may be the (relatively newer and more customizable)
193 % algorithmicx.sty package by Szasz Janos:
194 % http://www.ctan.org/pkg/algorithmicx
195 \usepackage[ruled,vlined]{algorithm2e}
196
197
198
199 % *** ALIGNMENT PACKAGES ***
200 %
201 %\usepackage{array}
202 % Frank Mittelbach's and David Carlisle's array.sty patches and improves
203 % the standard LaTeX2e array and tabular environments to provide better
204 % appearance and additional user controls. As the default LaTeX2e table
205 % generation code is lacking to the point of almost being broken with
206 % respect to the quality of the end results, all users are strongly
207 % advised to use an enhanced (at the very least that provided by array.sty)
208 % set of table tools. array.sty is already installed on most systems. The
209 % latest version and documentation can be obtained at:
210 % http://www.ctan.org/pkg/array
211
212
213 % IEEEtran contains the IEEEeqnarray family of commands that can be used to
214 % generate multiline equations as well as matrices, tables, etc., of high
215 % quality.
216
217
218
219
220 % *** SUBFIGURE PACKAGES ***
221 %\ifCLASSOPTIONcompsoc
222 %  \usepackage[caption=false,font=normalsize,labelfont=sf,textfont=sf]{subfig}
223 %\else
224 %  \usepackage[caption=false,font=footnotesize]{subfig}
225 %\fi
226 % subfig.sty, written by Steven Douglas Cochran, is the modern replacement
227 % for subfigure.sty, the latter of which is no longer maintained and is
228 % incompatible with some LaTeX packages including fixltx2e. However,
229 % subfig.sty requires and automatically loads Axel Sommerfeldt's caption.sty
230 % which will override IEEEtran.cls' handling of captions and this will result
231 % in non-IEEE style figure/table captions. To prevent this problem, be sure
232 % and invoke subfig.sty's "caption=false" package option (available since
233 % subfig.sty version 1.3, 2005/06/28) as this is will preserve IEEEtran.cls
234 % handling of captions.
235 % Note that the Computer Society format requires a larger sans serif font
236 % than the serif footnote size font used in traditional IEEE formatting
237 % and thus the need to invoke different subfig.sty package options depending
238 % on whether compsoc mode has been enabled.
239 %
240 % The latest version and documentation of subfig.sty can be obtained at:
241 % http://www.ctan.org/pkg/subfig
242
243
244
245
246 % *** FLOAT PACKAGES ***
247 %
248 %\usepackage{fixltx2e}
249 % fixltx2e, the successor to the earlier fix2col.sty, was written by
250 % Frank Mittelbach and David Carlisle. This package corrects a few problems
251 % in the LaTeX2e kernel, the most notable of which is that in current
252 % LaTeX2e releases, the ordering of single and double column floats is not
253 % guaranteed to be preserved. Thus, an unpatched LaTeX2e can allow a
254 % single column figure to be placed prior to an earlier double column
255 % figure.
256 % Be aware that LaTeX2e kernels dated 2015 and later have fixltx2e.sty's
257 % corrections already built into the system in which case a warning will
258 % be issued if an attempt is made to load fixltx2e.sty as it is no longer
259 % needed.
260 % The latest version and documentation can be found at:
261 % http://www.ctan.org/pkg/fixltx2e
262
263
264 %\usepackage{stfloats}
265 % stfloats.sty was written by Sigitas Tolusis. This package gives LaTeX2e
266 % the ability to do double column floats at the bottom of the page as well
267 % as the top. (e.g., "\begin{figure*}[!b]" is not normally possible in
268 % LaTeX2e). It also provides a command:
269 %\fnbelowfloat
270 % to enable the placement of footnotes below bottom floats (the standard
271 % LaTeX2e kernel puts them above bottom floats). This is an invasive package
272 % which rewrites many portions of the LaTeX2e float routines. It may not work
273 % with other packages that modify the LaTeX2e float routines. The latest
274 % version and documentation can be obtained at:
275 % http://www.ctan.org/pkg/stfloats
276 % Do not use the stfloats baselinefloat ability as the IEEE does not allow
277 % \baselineskip to stretch. Authors submitting work to the IEEE should note
278 % that the IEEE rarely uses double column equations and that authors should try
279 % to avoid such use. Do not be tempted to use the cuted.sty or midfloat.sty
280 % packages (also by Sigitas Tolusis) as the IEEE does not format its papers in
281 % such ways.
282 % Do not attempt to use stfloats with fixltx2e as they are incompatible.
283 % Instead, use Morten Hogholm'a dblfloatfix which combines the features
284 % of both fixltx2e and stfloats:
285 %
286 % \usepackage{dblfloatfix}
287 % The latest version can be found at:
288 % http://www.ctan.org/pkg/dblfloatfix
289
290
291
292
293 % *** PDF, URL AND HYPERLINK PACKAGES ***
294 %
295 %\usepackage{url}
296 % url.sty was written by Donald Arseneau. It provides better support for
297 % handling and breaking URLs. url.sty is already installed on most LaTeX
298 % systems. The latest version and documentation can be obtained at:
299 % http://www.ctan.org/pkg/url
300 % Basically, \url{my_url_here}.
301
302
303
304
305 % *** Do not adjust lengths that control margins, column widths, etc. ***
306 % *** Do not use packages that alter fonts (such as pslatex).         ***
307 % There should be no need to do such things with IEEEtran.cls V1.6 and later.
308 % (Unless specifically asked to do so by the journal or conference you plan
309 % to submit to, of course. )
310
311
312 % correct bad hyphenation here
313 \hyphenation{op-tical net-works semi-conduc-tor}
314 %\usepackage{graphicx}
315 \bibliographystyle{IEEEtran}
316 % argument is your BibTeX string definitions and bibliography database(s)
317 %\bibliography{IEEEabrv,../bib/paper}
318 %\bibliographystyle{elsarticle-num}
319
320
321
322
323 \usepackage{amsfonts}
324 \usepackage[utf8]{inputenc}
325 \usepackage[T1]{fontenc}
326 \usepackage[textsize=footnotesize]{todonotes}
327 \newcommand{\LZK}[2][inline]{%
328   \todo[color=red!10,#1]{\sffamily\textbf{LZK:} #2}\xspace}
329 \newcommand{\RC}[2][inline]{%
330   \todo[color=blue!10,#1]{\sffamily\textbf{RC:} #2}\xspace}
331
332
333
334
335
336 \begin{document}
337 %
338 % paper title
339 % Titles are generally capitalized except for words such as a, an, and, as,
340 % at, but, by, for, in, nor, of, on, or, the, to and up, which are usually
341 % not capitalized unless they are the first or last word of the title.
342 % Linebreaks \\ can be used within to get better formatting as desired.
343 % Do not put math or special symbols in the title.
344 \title{Two parallel implementations of Ehrlich-Aberth algorithm for root-finding of polynomials on multiple GPUs with OpenMP and MPI}
345
346
347 % author names and affiliations
348 % use a multiple column layout for up to three different
349 % affiliations
350 \author{\IEEEauthorblockN{Michael Shell}
351 \IEEEauthorblockA{School of Electrical and\\Computer Engineering\\
352 Georgia Institute of Technology\\
353 Atlanta, Georgia 30332--0250\\
354 Email: http://www.michaelshell.org/contact.html}
355 \and
356 \IEEEauthorblockN{Homer Simpson}
357 \IEEEauthorblockA{Twentieth Century Fox\\
358 Springfield, USA\\
359 Email: homer@thesimpsons.com}
360 \and
361 \IEEEauthorblockN{James Kirk\\ and Montgomery Scott}
362 \IEEEauthorblockA{Starfleet Academy\\
363 San Francisco, California 96678--2391\\
364 Telephone: (800) 555--1212\\
365 Fax: (888) 555--1212}}
366
367 % conference papers do not typically use \thanks and this command
368 % is locked out in conference mode. If really needed, such as for
369 % the acknowledgment of grants, issue a \IEEEoverridecommandlockouts
370 % after \documentclass
371
372 % for over three affiliations, or if they all won't fit within the width
373 % of the page, use this alternative format:
374
375 %\author{\IEEEauthorblockN{Michael Shell\IEEEauthorrefmark{1},
376 %Homer Simpson\IEEEauthorrefmark{2},
377 %James Kirk\IEEEauthorrefmark{3}, 
378 %Montgomery Scott\IEEEauthorrefmark{3} and
379 %Eldon Tyrell\IEEEauthorrefmark{4}}
380 %\IEEEauthorblockA{\IEEEauthorrefmark{1}School of Electrical and Computer Engineering\\
381 %Georgia Institute of Technology,
382 %Atlanta, Georgia 30332--0250\\ Email: see http://www.michaelshell.org/contact.html}
383 %\IEEEauthorblockA{\IEEEauthorrefmark{2}Twentieth Century Fox, Springfield, USA\\
384 %Email: homer@thesimpsons.com}
385 %\IEEEauthorblockA{\IEEEauthorrefmark{3}Starfleet Academy, San Francisco, California 96678-2391\\
386 %Telephone: (800) 555--1212, Fax: (888) 555--1212}
387 %\IEEEauthorblockA{\IEEEauthorrefmark{4}Tyrell Inc., 123 Replicant Street, Los Angeles, California 90210--4321}}
388
389
390
391
392 % use for special paper notices
393 %\IEEEspecialpapernotice{(Invited Paper)}
394
395
396
397
398 % make the title area
399 \maketitle
400
401 % As a general rule, do not put math, special symbols or citations
402 % in the abstract
403 \begin{abstract}
404 Finding roots of polynomials is a very important part of solving
405 real-life problems but it is not so easy for polynomials of high
406 degrees. In this paper, we present two different parallel algorithms
407 of the Ehrlich-Aberth method to find roots of sparse and fully defined
408 polynomials of high degrees. Both algorithms are based on CUDA
409 technology to be implemented on multi-GPU computing platforms but each
410 using different parallel paradigms: OpenMP or MPI. The experiments
411 show a quasi-linear speedup by using up-to 4 GPU devices compared to 1
412 GPU to find roots of polynomials of degree up-to 1.4
413 million. Moreover, other experiments show it is possible to find roots
414 of polynomials of degree up to 5 millions.
415 \end{abstract}
416
417 % no keywords
418
419
420
421
422 % For peer review papers, you can put extra information on the cover
423 % page as needed:
424 % \ifCLASSOPTIONpeerreview
425 % \begin{center} \bfseries EDICS Category: 3-BBND \end{center}
426 % \fi
427 %
428 % For peerreview papers, this IEEEtran command inserts a page break and
429 % creates the second title. It will be ignored for other modes.
430 \IEEEpeerreviewmaketitle
431
432
433 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
434 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
435 \section{Introduction}
436 %Polynomials are mathematical algebraic structures that play an important role in science and engineering by capturing physical phenomena and expressing any outcome as a function of some unknown variables. Formally speaking, a polynomial $p(x)$ of degree $n$ having $n$ coefficients in the complex plane $\mathbb{C}$ is:
437 %\begin{equation}
438 %p(x)=\sum_{i=0}^{n}{a_ix^i}.
439 %\end{equation}
440 %\LZK{Dans ce cas le polynôme a $n+1$ coefficients et non pas $n$!}
441
442 %The issue of finding the roots of polynomials of very high degrees arises in many complex problems in various fields, such as algebra, biology, finance, physics or climatology [1]. In algebra for example, finding eigenvalues or eigenvectors of any real/complex matrix amounts to that of finding the roots of the so-called characteristic polynomial.
443
444 Finding roots of polynomials of very high degrees arises in many complex problems in various domains such as algebra, biology or physics. A polynomial $p(x)$ in $\mathbb{C}$ in one variable $x$ is an algebraic expression in $x$ of the form:
445 \begin{equation}
446 p(x) = \displaystyle\sum^n_{i=0}{a_ix^i},a_n\neq 0. 
447 \end{equation}
448 where $\{a_i\}_{0\leq i\leq n}$ are complex coefficients and $n$ is a high integer number. If $a_n\neq0$ then $n$ is called the degree of the polynomial. The root-finding problem consists in finding the $n$ different values of the unknown variable $x$ for which $p(x)=0$. Such values are called roots of $p(x)$. Let $\{z_i\}_{1\leq i\leq n}$ be the roots of polynomial $p(x)$, then $p(x)$ can be written as :
449 \begin{equation}
450  p(x)=a_n\displaystyle\prod_{i=1}^n(x-z_i), a_n\neq 0.
451 \end{equation}
452 %\LZK{Pourquoi $a_0a_n\neq 0$ ?: $a_0$ pour la premiere equation et $a_n$ pour la deuxieme equation }
453
454 %The problem of finding the roots of polynomials can be encountered in numerous applications. \LZK{A mon avis on peut supprimer cette phrase}
455 Most of the numerical methods that deal with the polynomial root-finding problem are simultaneous methods, \textit{i.e.} the iterative methods to find simultaneous approximations of the $n$ polynomial roots. These methods start from the initial approximations of all $n$ polynomial roots and give a sequence of approximations that converge to the roots of the polynomial. Two examples of well-known simultaneous methods for root-finding problem of polynomials are  Durand-Kerner method~\cite{Durand60,Kerner66} and Ehrlich-Aberth method~\cite{Ehrlich67,Aberth73}.
456 %\LZK{Pouvez-vous donner des références pour les deux méthodes?, c'est fait}
457
458 %The first method of this group is Durand-Kerner method:
459 %\begin{equation}
460 %\label{DK}
461 % DK: z_i^{k+1}=z_{i}^{k}-\frac{P(z_i^{k})}{\prod_{i\neq j}(z_i^{k}-z_j^{k})},   i = 1, \ldots, n,
462 %\end{equation}
463 %where $z_i^k$ is the $i^{th}$ root of the polynomial $p$ at the iteration $k$. Another method discovered by Borsch-Supan~\cite{ Borch-Supan63} and also described by Ehrlich~\cite{Ehrlich67} and Aberth~\cite{Aberth73} uses a different iteration form as follows:
464 %%\begin{center}
465 %\begin{equation}
466 %\label{Eq:EA}
467  %EA: z_i^{k+1}=z_i^{k}-\frac{1}{{\frac {P'(z_i^{k})} {P(z_i^{k})}}-{\sum_{i\neq j}\frac{1}{(z_i^{k}-z_j^{k})}}}, i = 1, \ldots, n,
468 %\end{equation}
469 %%\end{center}
470 %where $p'(z)$ is the polynomial derivative of $p$ evaluated in the point $z$.
471
472 %Aberth, Ehrlich and Farmer-Loizou~\cite{Loizou83} have proved that
473 %the Ehrlich-Aberth method (EA) has a cubic order of convergence for simple roots whereas the Durand-Kerner has a quadratic order of %convergence.
474
475 The main problem of the simultaneous methods is that the necessary
476 time needed for the convergence increases with the increasing of the
477 polynomial's degree. Many authors have treated the problem of
478 implementing  simultaneous methods in
479 parallel. Freeman~\cite{Freeman89} implemented and compared
480 Durand-Kerner method, Ehrlich-Aberth method and another method of the
481 fourth order of convergence proposed by Farmer and
482 Loizou~\cite{Loizou83} on a 8-processor linear chain, for polynomials
483 of degree up-to 8. The method of Farmer and Loizou~\cite{Loizou83}
484 often diverges, but the first two methods (Durand-Kerner and
485 Ehrlich-Aberth methods) have a speed-up equals to 5.5. Later, Freeman
486 and Bane~\cite{Freemanall90} considered asynchronous algorithms in
487 which each processor continues to update its approximations even
488 though the latest values of other approximations $z^{k}_{i}$ have not
489 been received from the other processors, in contrast with synchronous
490 algorithms where it would wait those values before making a new
491 iteration. Couturier et al.~\cite{Raphaelall01} proposed two methods
492 of parallelization for a shared memory architecture with OpenMP and
493 for a distributed memory one with MPI. They are able to compute the
494 roots of sparse polynomials of degree 10,000 in 116 seconds with
495 OpenMP and 135 seconds with MPI only by using 8 personal computers and
496 2 communications per iteration. \RC{si on donne des temps faut donner
497   le proc, comme c'est vieux à mon avis faut supprimer ca, votre avis?} The authors showed an interesting
498 speedup comparing to the sequential implementation which takes up-to
499 3,300 seconds to obtain same results. 
500 \LZK{``only by using 8 personal computers and 2 communications per iteration''. Pour MPI? et Pour OpenMP: Rep: c'est MPI seulement}
501
502 Very few work had been performed since then until the appearing of the Compute Unified Device Architecture (CUDA)~\cite{CUDA15}, a parallel computing platform and a programming model invented by NVIDIA. The computing power of GPUs (Graphics Processing Units) has exceeded that of traditional processors CPUs. However, CUDA adopts a totally new computing architecture to use the hardware resources provided by the GPU in order to offer a stronger computing ability to the massive data computing. Ghidouche et al.~\cite{Kahinall14} proposed an implementation of the Durand-Kerner method on a single GPU. Their main results showed that a parallel CUDA implementation is about 10 times faster than the sequential implementation on a single CPU for sparse polynomials of degree 48,000.
503
504 %Finding polynomial roots rapidly and accurately is the main objective of our work. In this paper we propose the parallelization of Ehrlich-Aberth method using two parallel programming paradigms OpenMP and MPI on multi-GPU platforms. We consider two architectures: shared memory and distributed memory computers. The first parallel algorithm is implemented on shared memory computers by using OpenMP API. It is based on threads created from the same system process, such that each thread is attached to one GPU. In this case the communications between GPUs are done by OpenMP threads through shared memory. The second parallel algorithm uses the MPI API, such that each GPU is attached and managed by a MPI process. The GPUs exchange their data by message-passing communications. This latter approach is more used on distributed memory clusters to solve very complex problems that are too large for traditional supercomputers, which are very expensive to build and run.
505 %\LZK{Cette partie est réécrite. \\ Sinon qu'est ce qui a été fait pour l'accuracy dans ce papier (Finding polynomial roots rapidly and accurately is the main objective of our work.)?}
506 %\LZK{Les contributions ne sont pas définies !!}
507
508 In this paper we propose the parallelization of Ehrlich-Aberth method using two parallel programming paradigms OpenMP and MPI on CUDA multi-GPU platforms. Our CUDA/MPI and CUDA/OpenMP codes are the first implementations of Ehrlich-Aberth method with multiple GPUs for finding roots of polynomials. Our major contributions include:
509 \LZK{Pourquoi la méthode Ehrlich-Aberth et pas autres? the Ehrlich-Aberth have very good convergence  and it is suitable to be implemented in parallel computers.}
510  \begin{itemize}
511  \item An improvements for the Ehrlich-Aberth method using the exponential logarithm in order to be able to solve sparse and full polynomial of degree up to 1, 000, 000.\RC{j'ai envie de virer ca, car c'est pas la nouveauté dans ce papier}
512  \item A parallel implementation of Ehrlich-Aberth method on single GPU with CUDA.\RC{idem}
513 \item The parallel implementation of Ehrlich-Aberth algorithm on a multi-GPU platform with a shared memory using OpenMP API. It is based on threads created from the same system process, such that each thread is attached to one GPU. In this case the communications between GPUs are done by OpenMP threads through shared memory.
514 \item The parallel implementation of Ehrlich-Aberth algorithm on a multi-GPU platform with a distributed memory using MPI API, such that each GPU is attached and managed by a MPI process. The GPUs exchange their data by message-passing communications. This latter approach is more used on clusters to solve very complex problems that are too large for traditional supercomputers, which are very expensive to build and run.
515  \end{itemize}
516 \LZK{Pas d'autres contributions possibles?: j'ai rajouté 2}
517
518 %This paper is organized as follows. In Section~\ref{sec2} we recall the Ehrlich-Aberth method. In section~\ref{sec3} we present EA algorithm on single GPU. In section~\ref{sec4} we propose the EA algorithm implementation on Multi-GPU for (OpenMP-CUDA) approach and (MPI-CUDA) approach. In sectioné\ref{sec5} we present our experiments and discus it. Finally, Section~\ref{sec6} concludes this paper and gives some hints for future research directions in this topic.}
519
520 The paper is organized as follows. In Section~\ref{sec2} we present three different parallel programming models OpenMP, MPI and CUDA. In Section~\ref{sec3} we present the implementation of the Ehrlich-Aberth algorithm on a single GPU. In Section~\ref{sec4} we present the parallel implementations of the Ehrlich-Aberth algorithm on Multi-GPU using the OpenMP and MPI approaches. In section\ref{sec5} we present our experiments and discus it. Finally, Section~\ref{sec6} concludes this paper and gives some hints for future research directions in this topic. 
521 %\LZK{A revoir toute cette organization: je viens de la revoir}
522
523 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
524 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
525  
526 \section{Parallel programming models}
527 \label{sec2}
528 Our objective consists in implementing a root-finding algorithm of polynomials on multiple GPUs. To this end, it is primordial to know how to manage CUDA contexts of different GPUs. A direct method for controlling the various GPUs is to use as many threads or processes as GPU devices. We investigate two parallel paradigms: OpenMP and MPI. In this case, the GPU indices are defined according to the identifiers of the OpenMP threads or the ranks of the MPI processes. In this section we present the parallel programming models: OpenMP, MPI and CUDA.
529  
530 \subsection{OpenMP}
531 %Open Multi-Processing (OpenMP) is a shared memory architecture API that provides multi thread capacity~\cite{openmp13}. OpenMP is a portable approach for parallel programming on shared memory systems based on compiler directives, that can be included in order to parallelize a loop. In this way, a set of loops can be distributed along the different threads that will access to different data allocated in local shared memory. One of the advantages of OpenMP is its global view of application memory address space that allows relatively fast development of parallel applications with easier maintenance. However, it is often difficult to get high rates of performance in large scale applications. Although usage of OpenMP  threads and managed data explicitly done with MPI can be considered, this approcache undermines the advantages of OpenMP.
532
533 %\subsection{OpenMP} 
534 %OpenMP is a shared memory programming API based on threads from
535 %the same system process. Designed for multiprocessor shared memory UMA or
536 %NUMA [10], it relies on the execution model SPMD ( Single Program, Multiple Data Stream )
537 %where the thread "master" and threads "slaves" asynchronously execute their codes
538 %communicate / synchronize via shared memory [7]. It also helps to build
539 %the loop parallelism and is very suitable for an incremental code parallelization
540 %Sequential natively. Threads share some or all of the available memory and can
541 %have private memory areas [6].
542
543 OpenMP (Open Multi-processing) is an application programming interface for parallel programming~\cite{openmp13}. It is a portable approach based on the multithreading designed for shared memory computers, where a master thread forks a number of slave threads which execute blocks of code in parallel. An OpenMP program alternates sequential regions and parallel regions of code, where the sequential regions are executed by the master thread and the parallel ones may be executed by multiple threads. During the execution of an OpenMP program the threads communicate their data (read and modified) in the shared memory. One advantage of OpenMP is the global view of the memory address space of an application. This allows relatively a fast development of parallel applications with easier maintenance. However, it is often difficult to get high rates of performances in large scale-applications. 
544
545 \subsection{MPI} 
546 %The MPI (Message Passing Interface) library allows to create computer programs that run on a distributed memory architecture. The various processes have their own environment of execution and execute their code in a asynchronous way, according to the MIMD model  (Multiple Instruction streams, Multiple Data streams); they communicate and synchronize by exchanging messages~\cite{Peter96}. MPI messages are explicitly sent, while the exchanges are implicit within the framework of a multi-thread programming environment like OpenMP or Pthreads.
547
548 MPI (Message Passing Interface) is a portable message passing style of the parallel programming designed especially for the distributed memory architectures~\cite{Peter96}. In most MPI implementations, a computation contains a fixed set of processes created at the initialization of the program in such way one process is created per processor. The processes synchronize their computations and communicate by sending/receiving messages to/from other processes. In this case, the data are explicitly exchanged by message passing while the data exchanges are implicit in a multithread programming model like OpenMP and Pthreads. However in the MPI programming model, the processes may either execute different programs referred to as multiple program multiple data (MPMD) or every process executes the same program (SPMD). The MPI approach is one of most used HPC programming model to solve large scale and complex applications.
549  
550 \subsection{CUDA}
551 %CUDA (is an acronym of the Compute Unified Device Architecture) is a parallel computing architecture developed by NVIDIA~\cite{CUDA10}.The unit of execution in CUDA is called a thread. Each thread executes a kernel by the streaming processors in parallel. In CUDA, a group of threads that are executed together is called a thread block, and the computational grid consists of a grid of thread blocks. Additionally, a thread block can use the shared memory on a single multiprocessor while the grid executes a single CUDA program logically in parallel. Thus in CUDA programming, it is necessary to design carefully the arrangement of the thread blocks in order to ensure low latency and a proper usage of shared memory, since it can be shared only in a thread block scope. The effective bandwidth of each memory space depends on the memory access pattern. Since the global memory has lower bandwidth than the shared memory, the global memory accesses should be minimized.
552
553 CUDA (Compute Unified Device Architecture) is a parallel computing architecture developed by NVIDIA~\cite{CUDA15} for GPUs. It provides a high level GPGPU-based programming model to program GPUs for general purpose computations and non-graphic applications. The GPU is viewed as an accelerator such that data-parallel operations of a CUDA program running on a CPU are off-loaded onto GPU and executed by this later. The data-parallel operations executed by GPUs are called kernels. The same kernel is executed in parallel by a large number of threads organized in grids of thread blocks, such that each GPU multiprocessor executes one or more thread blocks in SIMD fashion (Single Instruction, Multiple Data) and in turn each core of the multiprocessor executes one or more threads within a block. Threads within a block can cooperate by sharing data through a fast shared memory and coordinate their execution through synchronization points. In contrast, within a grid of thread blocks, there is no synchronization at all between blocks. The GPU only works on data filled in the global memory and the final results of the kernel executions must be transferred out of the GPU. In the GPU, the global memory has lower bandwidth than the shared memory associated to each multiprocessor. Thus in the CUDA programming, it is necessary to design carefully the arrangement of the thread blocks in order to ensure low latency and a proper usage of the shared memory, and the global memory accesses should be minimized.
554
555 %We introduced three paradigms of parallel programming. Our objective consists in implementing a root finding polynomial algorithm on multiple GPUs. To this end, it is primordial to know how to manage CUDA contexts of different GPUs. A direct method for controlling the various GPUs is to use as many threads or processes as GPU devices. We can choose the GPU index based on the identifier of OpenMP thread or the rank of the MPI process. Both approaches will be investigated.
556
557 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
558 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
559
560 \section{The Ehrlich-Aberth algorithm on a GPU}
561 \label{sec3}
562
563 \subsection{The Ehrlich-Aberth method}
564 %A cubically convergent iteration method to find zeros of
565 %polynomials was proposed by O. Aberth~\cite{Aberth73}. The
566 %Ehrlich-Aberth (EA is short) method contains 4 main steps, presented in what
567 %follows.
568
569 %The Aberth method is a purely algebraic derivation. 
570 %To illustrate the derivation, we let $w_{i}(z)$ be the product of linear factors 
571
572 %\begin{equation}
573 %w_{i}(z)=\prod_{j=1,j \neq i}^{n} (z-x_{j})
574 %\end{equation}
575
576 %And let a rational function $R_{i}(z)$ be the correction term of the
577 %Weistrass method~\cite{Weierstrass03}
578
579 %\begin{equation}
580 %R_{i}(z)=\frac{p(z)}{w_{i}(z)} , i=1,2,...,n.
581 %\end{equation}
582
583 %Differentiating the rational function $R_{i}(z)$ and applying the
584 %Newton method, we have:
585
586 %\begin{equation}
587 %\frac{R_{i}(z)}{R_{i}^{'}(z)}= \frac{p(z)}{p^{'}(z)-p(z)\frac{w_{i}(z)}{w_{i}^{'}(z)}}= \frac{p(z)}{p^{'}(z)-p(z) \sum _{j=1,j \neq i}^{n}\frac{1}{z-x_{j}}}, i=1,2,...,n
588 %\end{equation}
589 %where R_{i}^{'}(z)is the rational function derivative of F evaluated in the point z 
590 %Substituting $x_{j}$ for $z_{j}$ we obtain the Aberth iteration method.% 
591
592
593 %\subsubsection{Polynomials Initialization}
594 %The initialization of a polynomial $p(z)$ is done by setting each of the $n$ complex coefficients %$a_{i}$:
595
596 %\begin{equation}
597 %\label{eq:SimplePolynome}
598 %  p(z)=\sum{a_{i}z^{n-i}} , a_{n} \neq 0,a_{0}=1, a_{i}\subset C
599 %\end{equation}
600
601
602 %\subsubsection{Vector $Z^{(0)}$ Initialization}
603 %\label{sec:vec_initialization}
604 %As for any iterative method, we need to choose $n$ initial guess points $z^{0}_{i}, i = 1, . . . , %n.$
605 %The initial guess is very important since the number of steps needed by the iterative method to %reach
606 %a given approximation strongly depends on it.
607 %In~\cite{Aberth73} the Ehrlich-Aberth iteration is started by selecting $n$
608 %equi-distant points on a circle of center 0 and radius r, where r is
609 %an upper bound to the moduli of the zeros. Later, Bini and al.~\cite{Bini96}
610 %performed this choice by selecting complex numbers along different
611 %circles which relies on the result of~\cite{Ostrowski41}.
612
613 %\begin{equation}
614 %\label{eq:radiusR}
615 %%\begin{align}
616 %\sigma_{0}=\frac{u+v}{2};u=\frac{\sum_{i=1}^{n}u_{i}}{n.max_{i=1}^{n}u_{i}};
617 %v=\frac{\sum_{i=0}^{n-1}v_{i}}{n.min_{i=0}^{n-1}v_{i}};\\
618 %%\end{align}
619 %\end{equation}
620 %Where:
621 %\begin{equation}
622 %u_{i}=2.|a_{i}|^{\frac{1}{i}};
623 %v_{i}=\frac{|\frac{a_{n}}{a_{i}}|^{\frac{1}{n-i}}}{2}.
624 %\end{equation}
625
626 %\subsubsection{Iterative Function}
627 %The operator used by the Aberth method  corresponds to the
628 %equation~\ref{Eq:EA1}, it enables the convergence towards
629 %the polynomials zeros, provided all the roots are distinct.
630
631 %Here we give a second form of the iterative function used by the Ehrlich-Aberth method: 
632
633 %\begin{equation}
634 %\label{Eq:EA-1}
635 %EA: z^{k+1}_{i}=z_{i}^{k}-\frac{\frac{p(z_{i}^{k})}{p'(z_{i}^{k})}}
636 %{1-\frac{p(z_{i}^{k})}{p'(z_{i}^{k})}\sum_{j=1,j\neq i}^{j=n}{\frac{1}{(z_{i}^{k}-z_{j}^{k})}}}, %i=1,. . . .,n
637 %\end{equation}
638
639 %\subsubsection{Convergence Condition}
640 %The convergence condition determines the termination of the algorithm. It consists in stopping the %iterative function  when the roots are sufficiently stable. We consider that the method converges %sufficiently when:
641
642 %\begin{equation}
643 %\label{eq:AAberth-Conv-Cond}
644 %\forall i \in [1,n];\vert\frac{z_{i}^{k}-z_{i}^{k-1}}{z_{i}^{k}}\vert<\xi
645 %\end{equation}
646
647
648 %\begin{figure}[htbp]
649 %\centering
650  % \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{EA-Algorithm}
651 %\caption{The Ehrlich-Aberth algorithm on single GPU}
652 %\label{fig:03}
653 %\end{figure}
654
655 %the Ehrlich-Aberth method is an iterative  method, contain 4 steps, start from the initial approximations of all the roots of the polynomial,the second step initialize the solution vector $Z$ using the Guggenheimer method to assure the distinction of the initial vector roots, than in step 3 we apply the the iterative function based on the Newton's method and Weiestrass operator~\cite{,}, witch will make it possible to converge to the roots solution, provided that all the root are different.
656
657 The Ehrlich-Aberth method is a simultaneous method~\cite{Aberth73} using the following iteration
658 \begin{equation}
659 \label{Eq:EA1}
660 EA: z^{k+1}_{i}=z_{i}^{k}-\frac{\frac{p(z_{i}^{k})}{p'(z_{i}^{k})}}
661 {1-\frac{p(z_{i}^{k})}{p'(z_{i}^{k})}\sum_{j=1,j\neq i}^{j=n}{\frac{1}{(z_{i}^{k}-z_{j}^{k})}}}, i=1,. . . .,n
662 \end{equation}
663
664 This methods contains 4 steps. The first step consists of the initial
665 approximations of all the roots of the polynomial. The second step
666 initializes the solution vector $Z$ using the Guggenheimer
667 method~\cite{Gugg86} to ensure the distinction of the initial vector
668 roots. In step 3, the iterative function based on the Newton's
669 method~\cite{newt70} and Weiestrass operator~\cite{Weierstrass03} is
670 applied. With this step the computation of roots will converge,
671 provided that all roots are different.
672
673
674 In order to stop the iterative function, a stop condition is
675 applied. This condition checks that all the root modules are lower
676 than a fixed value $\xi$.
677
678 \begin{equation}
679 \label{eq:Aberth-Conv-Cond}
680 \forall i \in [1,n];\vert\frac{z_{i}^{k}-z_{i}^{k-1}}{z_{i}^{k}}\vert<\xi
681 \end{equation}
682 \subsection{Improving Ehrlich-Aberth method}
683 With high degree polynomials, the Ehrlich-Aberth method suffers from
684 floating point overflows due to the mantissa of floating points
685 representations. This induces errors in the computation of $p(z)$ when
686 $z$ is large.
687  
688 %Experimentally, it is very difficult to solve polynomials with the Ehrlich-Aberth method and have roots which except the circle of unit, represented by the radius $r$ evaluated as: 
689
690 %\begin{equation}
691 %\label{R.EL}
692 %R = exp(log(DBL\_MAX)/(2*n) );
693 %\end{equation}
694
695
696
697 % where \verb=DBL_MAX= stands for the maximum representable \verb=double= value.
698  
699 In order to solve this problem, we propose to modify the iterative
700 function by using the logarithm and the exponential of a complex and
701 we propose a new version of the Ehrlich-Aberth method.  This method
702 allows us to exceed the computation of the polynomials of degree
703 100,000 and to reach a degree up to more than 1,000,000. This new
704 version of the Ehrlich-Aberth method with exponential and logarithm is
705 defined as follows:
706
707 \begin{equation}
708 \label{Log_H2}
709 z^{k+1}_{i}=z_{i}^{k}-\exp \left(\ln \left(
710 p(z_{i}^{k})\right)-\ln\left(p'(z^{k}_{i})\right)- \ln\left(1-Q(z^{k}_{i})\right)\right),
711 \end{equation}
712
713 where:
714
715 \begin{eqnarray}
716 \label{Log_H1}
717 Q(z^{k}_{i})=\exp\left( \ln (p(z^{k}_{i}))-\ln(p'(z^{k}_{i}))+\ln \left(
718 \sum_{i\neq j}^{n}\frac{1}{z^{k}_{i}-z^{k}_{j}}\right)\right) \nonumber  \\
719 i=1,...,n  
720 \end{eqnarray}
721
722
723 %We propose to use the logarithm and the exponential of a complex in order to compute the power at a high exponent. 
724 Using the logarithm  and the exponential operators, we can replace any multiplications and divisions with additions and subtractions. Consequently, computations manipulate lower absolute values~\cite{Karimall98}.
725
726 %This problem was discussed earlier in~\cite{Karimall98} for the Durand-Kerner method. The authors
727 %propose to use the logarithm and the exponential of a complex in order to compute the power at a high exponent. Using the logarithm  and the exponential operators, we can replace any multiplications and divisions with additions and subtractions. Consequently, computations manipulate lower absolute values and the roots for large polynomial degrees can be looked for successfully~\cite{Karimall98}.
728
729 \subsection{Ehrlich-Aberth parallel implementation on CUDA}
730 %We introduced three paradigms of parallel programming.
731
732 Our objective consists in implementing a root finding polynomial
733 algorithm on multiple GPUs. To this end, it is primordial to know how
734 to manage CUDA contexts of different GPUs. A direct method for
735 controlling the various GPUs is to use as many threads or processes as
736 GPU devices. We can choose the GPU index based on the identifier of
737 OpenMP thread or the rank of the MPI process. Both approaches will be
738 investigated.
739
740
741
742
743 Like any parallel code, a GPU parallel implementation first requires
744 to determine the sequential tasks and the parallelizable parts of the
745 sequential version of the program/algorithm. In our case, all the
746 operations that are easy to execute in parallel must be made by the
747 GPU to accelerate the execution of the application, like the step 3
748 and step 4. On the other hand, all the sequential operations and the
749 operations that have data dependencies between threads or recursive
750 computations must be executed by only one CUDA or CPU thread (step 1
751 and step 2). Initially, we specify the organization of parallel
752 threads, by specifying the dimension of the grid Dimgrid, the number
753 of blocks per grid DimBlock and the number of threads per block.
754
755 The code is organized kernels which are part of code that are run on
756 GPU devices. For step 3, there are two kernels, the first named
757 \textit{save} is used to save vector $Z^{K-1}$ and the second one is
758 named \textit{update} and is used to update the $Z^{K}$ vector. For
759 step 4, a kernel tests the convergence of the method. In order to
760 compute the function H, we have two possibilities: either to use the
761 Jacobi mode, or the Gauss-Seidel mode of iterating which uses the most
762 recent computed roots. It is well known that the Gauss-Seidel mode
763 converges more quickly. So, we use Gauss-Seidel iterations. To
764 parallelize the code, we create kernels and many functions to be
765 executed on the GPU for all the operations dealing with the
766 computation on complex numbers and the evaluation of the
767 polynomials. As said previously, we manage both functions of
768 evaluation: the normal method, based on the method of
769 Horner and the method based on the logarithm of the polynomial. All
770 these methods were rather long to implement, as the development of
771 corresponding kernels with CUDA is longer than on a CPU host. This
772 comes in particular from the fact that it is very difficult to debug
773 CUDA running threads like threads on a CPU host. In the following
774 paragraph Algorithm~\ref{alg1-cuda} shows the GPU parallel
775 implementation of Ehrlich-Aberth method.
776
777 \begin{enumerate}
778 \begin{algorithm}[htpb]
779 \label{alg1-cuda}
780 %\LinesNumbered
781 \caption{CUDA Algorithm to find roots with the Ehrlich-Aberth method}
782
783 \KwIn{$Z^{0}$ (Initial root's vector), $\varepsilon$ (Error tolerance
784   threshold), P (Polynomial to solve), Pu (Derivative of P), $n$ (Polynomial degrees), $\Delta z_{max}$ (Maximum value of stop condition)}
785
786 \KwOut {$Z$ (Solution root's vector), $ZPrec$ (Previous solution root's vector)}
787
788 %\BlankLine
789
790 \item Initialization of P\;
791 \item Initialization of Pu\;
792 \item Initialization of the solution vector $Z^{0}$\;
793 \item Allocate and copy initial data to the GPU global memory\;
794 \item k=0\;
795 \item \While {$\Delta z_{max} > \epsilon$}{
796 \item   Let $\Delta z_{max}=0$\;
797 \item   $ kernel\_save(ZPrec,Z)$\;
798 \item   k=k+1\;
799 \item   $ kernel\_update(Z,P,Pu)$\;
800 \item $kernel\_testConverge(\Delta z_{max},Z,ZPrec)$\;
801
802 }
803 \item Copy results from GPU memory to CPU memory\;
804 \end{algorithm}
805 \end{enumerate}
806 ~\\ 
807
808 \RC{Le code n'est pas expliqué et je me demande si c'est utile de
809   mettre ca...}
810  
811 \section{The EA algorithm on Multiple GPUs}
812 \label{sec4}
813 \subsection{M-GPU : an OpenMP-CUDA approach}
814 Our OpenMP-CUDA implementation of EA algorithm is based on the hybrid OpenMP and CUDA programming model. It works as follows.
815 Based on the metadata, a shared memory is used to make data evenly shared among OpenMP threads. The shared data are the solution vector $Z$, the polynomial to solve $P$, and  the error vector $\Delta z$. Let (T\_omp) the number of OpenMP threads be equal to the number of GPUs, each OpenMP thread binds to one GPU,  and controls a part of the shared memory, that is a part of the vector Z , that is $(n/num\_gpu)$ roots where $n$ is the polynomial's degree and $num\_gpu$ the total number of available GPUs. Each OpenMP thread copies its data from host memory to GPU’s device memory. Then every GPU will have a grid of computation organized according to the device performance and the size of data on which it runs the computation kernels. %In principle a grid is set by two parameter DimGrid, the number of block per grid, DimBloc: the number of threads per block. The following schema  shows the architecture of (CUDA,OpenMP).
816
817 %\begin{figure}[htbp]
818 %\centering
819  % \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{OpenMP-CUDA}
820 %\caption{The OpenMP-CUDA architecture}
821 %\label{fig:03}
822 %\end{figure}
823 %Each thread OpenMP compute the kernels on GPUs,than after each iteration they copy out the data from GPU memory to CPU shared memory. The kernels are re-runs is up to the roots converge sufficiently. Here are below the corresponding algorithm:
824
825 $num\_gpus$ OpenMP threads  are created using \verb=omp_set_num_threads();=function (step $3$, Algorithm \ref{alg2-cuda-openmp}), the shared memory is created using \verb=#pragma omp parallel shared()= OpenMP function (line $5$, Algorithm\ref{alg2-cuda-openmp}), then each OpenMP thread allocates memory and copies initial data from CPU memory to GPU global memory, executes the kernels on GPU, but computes only his portion of roots indicated with variable \textit{index} initialized in (line 5, Algorithm \ref{alg2-cuda-openmp}), used as input data in the $kernel\_update$ (line 10, Algorithm \ref{alg2-cuda-openmp}). After each iteration, all OpenMP threads synchronize using \verb=#pragma omp barrier;= to gather all the correct values of $\Delta z$, thus allowing the computation the maximum stop condition on vector $\Delta z$ (line 12, Algorithm \ref{alg2-cuda-openmp}). Finally, threads copy the results from GPU memories to CPU memory. The OpenMP threads execute kernels until the roots sufficiently converge.  
826 \begin{enumerate}
827 \begin{algorithm}[htpb]
828 \label{alg2-cuda-openmp}
829 %\LinesNumbered
830 \caption{CUDA-OpenMP Algorithm to find roots with the Ehrlich-Aberth method}
831
832 \KwIn{$Z^{0}$ (Initial root's vector), $\varepsilon$ (Error tolerance
833   threshold), P (Polynomial to solve), Pu (Derivative of P), $n$ (Polynomial degree), $\Delta z$ ( Vector of errors for stop condition), $num_gpus$ (number of OpenMP threads/ Number of GPUs), $Size$ (number of roots)}
834
835 \KwOut {$Z$ ( Root's vector), $ZPrec$ (Previous root's vector)}
836
837 \BlankLine
838
839 \item Initialization of P\;
840 \item Initialization of Pu\;
841 \item Initialization of the solution vector $Z^{0}$\;
842 \verb=omp_set_num_threads(num_gpus);=
843 \verb=#pragma omp parallel shared(Z,$\Delta$ z,P);=
844 \verb=cudaGetDevice(gpu_id);=
845 \item Allocate and copy initial data from CPU memory to the GPU global memories\;
846 \item index= $Size/num\_gpus$\;
847 \item k=0\;
848 \While {$error > \epsilon$}{
849 \item Let $\Delta z=0$\;
850 \item $ kernel\_save(ZPrec,Z)$\;
851 \item  k=k+1\;
852 \item $ kernel\_update(Z,P,Pu,index)$\;
853 \item $kernel\_testConverge(\Delta z[gpu\_id],Z,ZPrec)$\;
854 %\verb=#pragma omp barrier;=
855 \item error= Max($\Delta z$)\;
856 }
857
858 \item Copy results from GPU memories to CPU memory\;
859 \end{algorithm}
860 \end{enumerate}
861 ~\\ 
862 \RC{C'est encore pire ici, on ne voit pas les comm CPU <-> GPU }
863
864
865 \subsection{Multi-GPU : an MPI-CUDA approach}
866 %\begin{figure}[htbp]
867 %\centering
868  % \includegraphics[angle=-90,width=0.2\textwidth]{MPI-CUDA}
869 %\caption{The MPI-CUDA architecture }
870 %\label{fig:03}
871 %\end{figure}
872 Our parallel implementation of EA to find root of polynomials using a CUDA-MPI approach is a data parallel approach. It splits input data of the polynomial to solve among MPI processes. In Algorithm \ref{alg2-cuda-mpi}, input data are the polynomial to solve $P$, the solution vector $Z$, the previous solution vector $ZPrev$, and the value of errors of stop condition $\Delta z$. Let $p$ denote the number of MPI processes on and $n$ the degree of the polynomial to be solved. The algorithm performs a simple data partitioning by creating $p$ portions, of at most $\lceil n/p \rceil$ roots to find per MPI process, for each $Z$ and $ZPrec$. Consequently, each MPI process of rank $k$ will have its own solution vector $Z_{k}$ and $ZPrec$, the error related to the stop condition $\Delta z_{k}$, enabling each MPI process to compute $\lceil n/p \rceil$ roots.
873
874 Since a GPU works only on data already allocated in its memory, all local input data, $Z_{k}$, $ZPrec$ and $\Delta z_{k}$, must be transferred from CPU memories to the corresponding GPU memories. Afterwards, the same EA algorithm (Algorithm \ref{alg1-cuda}) is run by all processes but on different polynomial subset of roots $ p(x)_{k}=\sum_{i=1}^{n} a_{i}x^{i}, k=1,...,p$.  Each MPI process executes the  loop \verb=(While(...)...do)= containing the CUDA kernels but each MPI process  computes only its own portion of the roots according to the rule ``''owner computes``''. The local range of roots is indicated with the \textit{index} variable initialized at (line 5, Algorithm \ref{alg2-cuda-mpi}), and passed as an input variable to $kernel\_update$ (line 10, Algorithm \ref{alg2-cuda-mpi}). After each iteration, MPI processes synchronize  (\verb=MPI_Allreduce= function) by a reduction on $\Delta z_{k}$ in order to compute the maximum error related to the stop condition.   Finally, processes copy the values of new computed roots  from GPU memories to CPU memories, then communicate their results to other processes with \verb=MPI_Alltoall= broadcast. If the stop condition is not verified ($error > \epsilon$) then processes stay withing the loop \verb= while(...)...do= until all the roots sufficiently converge.
875
876 \begin{enumerate}
877 \begin{algorithm}[htpb]
878 \label{alg2-cuda-mpi}
879 %\LinesNumbered
880 \caption{CUDA-MPI Algorithm to find roots with the Ehrlich-Aberth method}
881
882 \KwIn{$Z^{0}$ (Initial root's vector), $\varepsilon$ (Error tolerance
883   threshold), P (Polynomial to solve), Pu (Derivative of P), $n$ (Polynomial degrees), $\Delta z$ ( error of stop condition), $num_gpus$ (number of MPI processes/ number of GPUs), Size (number of roots)}
884
885 \KwOut {$Z$ (Solution root's vector), $ZPrec$ (Previous solution root's vector)}
886
887 \BlankLine
888 \item Initialization of P\;
889 \item Initialization of Pu\;
890 \item Initialization of the solution vector $Z^{0}$\;
891 \item Allocate and copy initial data from CPU memories to GPU global memories\;
892 \item $index= Size/num_gpus$\;
893 \item k=0\;
894 \While {$error > \epsilon$}{
895 \item Let $\Delta z=0$\;
896 \item $kernel\_save(ZPrec,Z)$\;
897 \item  k=k+1\;
898 \item $kernel\_update(Z,P,Pu,index)$\;
899 \item $kernel\_testConverge(\Delta z,Z,ZPrec)$\;
900 \item ComputeMaxError($\Delta z$,error)\;
901 \item Copy results from GPU memories to CPU memories\;
902 \item Send $Z[id]$ to all processes\;
903 \item Receive $Z[j]$ from every other process j\;
904 }
905 \end{algorithm}
906 \end{enumerate}
907 ~\\ 
908
909 \RC{ENCORE ENCORE PIRE}
910
911 \section{Experiments}
912 \label{sec5}
913 We study two categories of polynomials: sparse polynomials and full polynomials.\\
914 {\it A sparse polynomial} is a polynomial for which only some coefficients are not null. In this paper, we consider sparse polynomials for which the roots are distributed on 2 distinct circles:
915 \begin{equation}
916         \forall \alpha_{1} \alpha_{2} \in C,\forall n_{1},n_{2} \in N^{*}; P(z)= (z^{n_{1}}-\alpha_{1})(z^{n_{2}}-\alpha_{2})
917 \end{equation}\noindent
918 {\it A full polynomial} is, in contrast, a polynomial for which all the coefficients are not null. A full polynomial is defined by:
919 %%\begin{equation}
920         %%\forall \alpha_{i} \in C,\forall n_{i}\in N^{*}; P(z)= \sum^{n}_{i=1}(z^{n^{i}}.a_{i})
921 %%\end{equation}
922
923 \begin{equation}
924      {\Large \forall a_{i} \in C, i\in N;  p(x)=\sum^{n}_{i=0} a_{i}.x^{i}} 
925 \end{equation}
926 For our tests, a CPU Intel(R) Xeon(R) CPU E5620@2.40GHz and a GPU K40 (with 6 Go of ram) are used. 
927 %SIDER : Une meilleure présentation de l'architecture est à faire ici.
928 For our test, a cluster of computing with 72 nodes, 1116 cores, 4 cards GPU tesla Kepler K40 are used,
929 In order to evaluate both the M-GPU and Multi-GPU approaches, we performed a set of experiments on a single GPU and multiple GPUs using OpenMP or MPI by EA algorithm, for both sparse and full polynomials of different sizes.
930 All experimental results obtained are made in double precision data whereas the convergence threshold of the EA method is set to $10^{-7}$.
931 %Since we were more interested in the comparison of the
932 %performance behaviors of Ehrlich-Aberth and Durand-Kerner methods on
933 %CPUs versus on GPUs.
934 The initialization values of the vector solution
935 of the methods are given by Guggenheimer method~\cite{Gugg86} %Section~\ref{sec:vec_initialization}.
936
937 \subsection{Evaluating the M-GPU (CUDA-OpenMP) approach}
938
939 We report here  the results of the set of experiments with the M-GPU approach for full and sparse polynomials of different degrees, and we compare it with a Single GPU execution.
940 \subsubsection{Execution time of the EA method for solving sparse polynomials on multiple GPUs using the M-GPU approach}
941  
942 In this experiments we report the execution time of the EA algorithm, on single GPU and Multi-GPU with (2,3,4) GPUs, for different sparse polynomial degrees ranging from 100,000 to 1,400,000.
943
944 \begin{figure}[htbp]
945 \centering
946   \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Sparse_omp}
947 \caption{Execution time in seconds of the Ehrlich-Aberth method for solving sparse polynomials on multiple GPUs using the M-GPU approach}
948 \label{fig:01}
949 \end{figure}
950
951 This figure~\ref{fig:01} shows that the (CUDA-OpenMP) M-GPU approach reduces the execution time by a factor up to 100 w.r.t the single GPU approach and a by a factor of 1000 for polynomials  exceeding degree 1,000,000. It shows the advantage to use the OpenMP parallel paradigm to gather the capabilities of several GPUs and solve polynomials of very high degrees.   
952
953 \subsubsection{Execution time in seconds of the Ehrlich-Aberth method for solving full polynomials on multiple GPUs using the M-GPU approach}
954
955 The experiments shows the execution time of the EA algorithm, on a single GPU and on multiple GPUs using the CUDA OpenMP approach for full polynomials of degrees ranging from 100,000 to 1,400,000.
956
957 \begin{figure}[htbp]
958 \centering
959   \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Full_omp}
960 \caption{Execution time in seconds of the Ehrlich-Aberth method for solving full polynomials on multiple GPUs using the M-GPU appraoch}
961 \label{fig:03}
962 \end{figure}
963
964 Results with full polynomials show very important savings in execution time. For a polynomial of degree 1,4 million, the CUDA-OpenMP approach with 4 GPUs solves it 4 times as fast as single GPU, thus achieving a quasi-linear speedup.
965
966 \subsection{Evaluating the Multi-GPU (CUDA-MPI) approach}
967 In this part we perform a set of experiments to compare the Multi-GPU (CUDA MPI) approach with a single GPU, for solving full and sparse polynomials of degrees ranging from 100,000 to 1,400,000.
968
969 \subsubsection{Execution time of the Ehrlich-Aberth method for solving sparse polynomials on multiple GPUs using the Multi-GPU approach}
970
971 \begin{figure}[htbp]
972 \centering
973   \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Sparse_mpi}
974 \caption{Execution time in seconds of the Ehrlich-Aberth method for solving sparse polynomials on multiple GPUs using the Multi-GPU approach}
975 \label{fig:02}
976 \end{figure}
977 ~\\
978 Figure~\ref{fig:02} shows execution time of EA algorithm, for a single GPU, and multiple GPUs (2, 3, 4) on respectively 2, 3 and four MPI nodes. We can clearly see that the curve for a single GPU is above the other curves, which shows overtime in execution time compared to the Multi-GPU approach. We can see also that the CUDA-MPI approach reduces the execution time by a factor of 10 for polynomials of degree more than 1,000,000. For example, at degree 1,000,000, the execution time with a single GPU amounted to 10 thousand seconds, while with 4 GPUs, it is lowered to about just one thousand seconds which makes it for a tenfold speedup.
979 %%SIDER : Je n'ai pas reformuler car je n'ai pas compris la phrase, merci de l'ecrire ici en fran\cais.
980 \\cette figure montre 4 courbes de temps d'exécution pour l'algorithme EA, une courbe avec un seul GPU, 3 courbes pour multiple GPUs(2, 3, 4), on peut constaté clairement que la courbe à un seul GPU est au-dessus des autres courbes, vue sa consommation en temps d'exècution. On peut voir aussi qu'avec l'approche Multi-GPU (CUDA-MPI) reduit le temps d'exècution jusqu'à l'echelle 100 pour le polynômes qui dépasse 1,000,000 tandis que Single GPU est de l'echelle 1000.
981
982 \subsubsection{Execution time of the Ehrlich-Aberth method for solving full polynomials on multiple GPUs using the Multi-GPU appraoch}
983
984 \begin{figure}[htbp]
985 \centering
986  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Full_mpi}
987 \caption{Execution times in seconds of the Ehrlich-Aberth method for full polynomials on GPUs using the Multi-GPU}
988 \label{fig:04}
989 \end{figure}
990
991
992         Figure \ref{fig:04} shows execution time for a single GPU, and multiple GPUs (2, 3, 4) on respectively 2, 3 and four MPI nodes. With the CUDA-MPI approach, we notice that the three curves are distinct from each other, more we use GPUs more the execution time decreases. On the other hand the curve for a single GPU is well above the other curves.
993
994 This is due to the use of MPI parallel paradigm that divides the problem computations and assigns portions to each GPU. But unlike the single GPU which carries all the computations on a single GPU, data communications are introduced, consequently engendering more execution time. But experiments show that execution time is still highly reduced.
995
996
997
998 \subsection{Comparing  the CUDA-OpenMP approach and the CUDA-MPI approach}
999
1000 In the previuos section we saw that both approches are very effective in reducing execution time for sparse as well as full polynomials. At this stage, the interesting question is which approach is better. In the fellowing, we present appropriate experiments comparing the two Multi-GPU approaches to answer the question.
1001
1002 \subsubsection{Solving sparse polynomials}
1003 In this experiment three sparse polynomials of size 200K, 800K and 1,4M are investigated.
1004 \begin{figure}[htbp]
1005 \centering
1006  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Sparse}
1007 \caption{Execution time  for solving sparse polynomials of three distinct sizes on multiple GPUs using MPI and OpenMP approaches using Ehrlich-Aberth}
1008 \label{fig:05}
1009 \end{figure}
1010 In Figure~\ref{fig:05} there two curves for each polynomial size : one for the MPI-CUDA and another for the OpenMP. We can see that the results are similar between OpenMP and MPI for the polynomials size of 200K. For the size of 800K, the MPI version is a little slower than the OpenMP approach but for the 1,4 millions size, there is a slight advantage for the MPI version.
1011
1012 \subsubsection{Solving full polynomials}
1013 \begin{figure}[htbp]
1014 \centering
1015  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Full}
1016 \caption{Execution time for solving full polynomials of three distinct sizes on multiple GPUs using MPI and OpenMP approaches using Ehrlich-Aberth}
1017 \label{fig:06}
1018 \end{figure}
1019 In Figure~\ref{fig:06}, we can see that when it comes to full polynomials, both approaches are almost equivalent.
1020
1021 \subsubsection{Solving sparse and full polynomials of the same size with CUDA-MPI}
1022 In this experiment we compare the execution time of the EA algorithm according to the number of GPUs for solving sparse and full polynomials on Multi-GPU using MPI. We chose three sparse and full polynomials of size 200K, 800K  and 1,4M. 
1023 \begin{figure}[htbp]
1024 \centering
1025  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{MPI}
1026 \caption{Execution time for solving sparse and full polynomials of three distinct sizes on multiple GPUs using MPI}
1027 \label{fig:07}
1028 \end{figure}
1029 in figure ~\ref{fig:07} we can see that CUDA-MPI can solve sparse and full polynomials of high degrees, the execution time with sparse polynomial are very low comparing to full polynomials. with sparse polynomials the number of monomial are reduce, consequently the number of operation are reduce than the execution time decrease. 
1030
1031 \subsubsection{Solving sparse and full polynomials of the same size with CUDA-OpenMP}
1032
1033 \begin{figure}[htbp]
1034 \centering
1035  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{OMP}
1036 \caption{Execution time for solving sparse and full polynomials of three distinct sizes on multiple GPUs using OpenMP}
1037 \label{fig:08}
1038 \end{figure}
1039
1040 Figure ~\ref{fig:08} shows the impact of sparsity on the effectiveness of the CUDA-OpenMP approach. We can see that the impact fellows the same pattern, a difference in execution time in favor of the sparse polynomials. 
1041 %SIDER : il faut une explication ici. je ne vois pas de prime abords, qu'est-ce qui engendre cette différence, car quelques soient les coefficients nulls ou non nulls, c'est toutes les racines qui sont calculées qu'elles soient similaires ou non (degrés de multiplicité).
1042 \subsection{Scalability of the EA method on Multi-GPU to solve very high degree polynomials}
1043 These experiments report the execution time according to the degrees of polynomials ranging from 1,000,000 to 5,000,000 for both approaches with sparse and full  polynomials. 
1044 \begin{figure}[htbp]
1045 \centering
1046  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{big}
1047  \caption{Execution times in seconds of the Ehrlich-Aberth method for solving full polynomials of high degree on 4 GPUs for sizes ranging from 1M to 5M}
1048 \label{fig:09}
1049 \end{figure}
1050 In figure ~\ref{fig:09} we can see that both approaches are scalable and can solve very high degree polynomials. With full polynomial both approaches give interestingly very similar results. For the sparse case however, there are a noticeable difference in favour of MPI when the degree is above 4M. Between 1M and 3M, the OMP approach is more effective and under 1M degree, OMP and MPI approaches are almost equivalent.
1051
1052 %SIDER : il faut une explication sur les différences ici aussi.
1053  
1054 %for sparse and full polynomials
1055 % An example of a floating figure using the graphicx package.
1056 % Note that \label must occur AFTER (or within) \caption.
1057 % For figures, \caption should occur after the \includegraphics.
1058 % Note that IEEEtran v1.7 and later has special internal code that
1059 % is designed to preserve the operation of \label within \caption
1060 % even when the captionsoff option is in effect. However, because
1061 % of issues like this, it may be the safest practice to put all your
1062 % \label just after \caption rather than within \caption{}.
1063 %
1064 % Reminder: the "draftcls" or "draftclsnofoot", not "draft", class
1065 % option should be used if it is desired that the figures are to be
1066 % displayed while in draft mode.
1067 %
1068 %\begin{figure}[!t]
1069 %\centering
1070 %\includegraphics[width=2.5in]{myfigure}
1071 % where an .eps filename suffix will be assumed under latex, 
1072 % and a .pdf suffix will be assumed for pdflatex; or what has been declared
1073 % via \DeclareGraphicsExtensions.
1074 %\caption{Simulation results for the network.}
1075 %\label{fig_sim}
1076 %\end{figure}
1077
1078 % Note that the IEEE typically puts floats only at the top, even when this
1079 % results in a large percentage of a column being occupied by floats.
1080
1081
1082 % An example of a double column floating figure using two subfigures.
1083 % (The subfig.sty package must be loaded for this to work.)
1084 % The subfigure \label commands are set within each subfloat command,
1085 % and the \label for the overall figure must come after \caption.
1086 % \hfil is used as a separator to get equal spacing.
1087 % Watch out that the combined width of all the subfigures on a 
1088 % line do not exceed the text width or a line break will occur.
1089 %
1090 %\begin{figure*}[!t]
1091 %\centering
1092 %\subfloat[Case I]{\includegraphics[width=2.5in]{box}%
1093 %\label{fig_first_case}}
1094 %\hfil
1095 %\subfloat[Case II]{\includegraphics[width=2.5in]{box}%
1096 %\label{fig_second_case}}
1097 %\caption{Simulation results for the network.}
1098 %\label{fig_sim}
1099 %\end{figure*}
1100 %
1101 % Note that often IEEE papers with subfigures do not employ subfigure
1102 % captions (using the optional argument to \subfloat[]), but instead will
1103 % reference/describe all of them (a), (b), etc., within the main caption.
1104 % Be aware that for subfig.sty to generate the (a), (b), etc., subfigure
1105 % labels, the optional argument to \subfloat must be present. If a
1106 % subcaption is not desired, just leave its contents blank,
1107 % e.g., \subfloat[].
1108
1109
1110 % An example of a floating table. Note that, for IEEE style tables, the
1111 % \caption command should come BEFORE the table and, given that table
1112 % captions serve much like titles, are usually capitalized except for words
1113 % such as a, an, and, as, at, but, by, for, in, nor, of, on, or, the, to
1114 % and up, which are usually not capitalized unless they are the first or
1115 % last word of the caption. Table text will default to \footnotesize as
1116 % the IEEE normally uses this smaller font for tables.
1117 % The \label must come after \caption as always.
1118 %
1119 %\begin{table}[!t]
1120 %% increase table row spacing, adjust to taste
1121 %\renewcommand{\arraystretch}{1.3}
1122 % if using array.sty, it might be a good idea to tweak the value of
1123 % \extrarowheight as needed to properly center the text within the cells
1124 %\caption{An Example of a Table}
1125 %\label{table_example}
1126 %\centering
1127 %% Some packages, such as MDW tools, offer better commands for making tables
1128 %% than the plain LaTeX2e tabular which is used here.
1129 %\begin{tabular}{|c||c|}
1130 %\hline
1131 %One & Two\\
1132 %\hline
1133 %Three & Four\\
1134 %\hline
1135 %\end{tabular}
1136 %\end{table}
1137
1138
1139 % Note that the IEEE does not put floats in the very first column
1140 % - or typically anywhere on the first page for that matter. Also,
1141 % in-text middle ("here") positioning is typically not used, but it
1142 % is allowed and encouraged for Computer Society conferences (but
1143 % not Computer Society journals). Most IEEE journals/conferences use
1144 % top floats exclusively. 
1145 % Note that, LaTeX2e, unlike IEEE journals/conferences, places
1146 % footnotes above bottom floats. This can be corrected via the
1147 % \fnbelowfloat command of the stfloats package.
1148
1149
1150
1151
1152 \section{Conclusion}
1153 \label{sec6}
1154 In this paper, we have presented a parallel implementation of Ehrlich-Aberth algorithm for solving full and sparse polynomials, on single GPU with CUDA and on multiple GPUs using two parallel paradigms : shared memory with OpenMP and distributed memory with MPI. These architectures were addressed by a CUDA-OpenMP approach and CUDA-MPI approach, respectively. 
1155 The experiments show that, using parallel programming model like (OpenMP, MPI), we can efficiently manage multiple graphics cards to work together to solve the same problem and accelerate the parallel execution with 4 GPUs and solve a polynomial of degree 1,000,000, four times faster than on single GPU, that is a quasi-linear speedup.
1156
1157
1158 %In future, we will evaluate our parallel implementation of Ehrlich-Aberth algorithm on other parallel programming model 
1159
1160 Our next objective is to extend the model presented here at clusters of nodes featuring  multiple GPUs, with a three-level scheme: inter-node communication via MPI processes (distributed memory), management of multi-GPU node by OpenMP threads (shared memory).
1161
1162 %present a communication approach between multiple GPUs. The comparison between MPI and OpenMP as GPUs controllers shows that these
1163 %solutions can effectively manage multiple graphics cards to work together
1164 %to solve the same problem
1165
1166
1167  %than we have presented two communication approach between multiple GPUs.(CUDA-OpenMP) approach and (CUDA-MPI) approach, in the objective to manage multiple graphics cards to work together and solve the same problem. in the objective to manage multiple graphics cards to work together and solve the same problem. 
1168
1169
1170
1171
1172 % conference papers do not normally have an appendix
1173
1174
1175 % use section* for acknowledgment
1176 \section*{Acknowledgment}
1177
1178
1179 The authors would like to thank...
1180
1181
1182
1183
1184
1185 % trigger a \newpage just before the given reference
1186 % number - used to balance the columns on the last page
1187 % adjust value as needed - may need to be readjusted if
1188 % the document is modified later
1189 %\IEEEtriggeratref{8}
1190 % The "triggered" command can be changed if desired:
1191 %\IEEEtriggercmd{\enlargethispage{-5in}}
1192
1193 % references section
1194
1195 % can use a bibliography generated by BibTeX as a .bbl file
1196 % BibTeX documentation can be easily obtained at:
1197 % http://mirror.ctan.org/biblio/bibtex/contrib/doc/
1198 % The IEEEtran BibTeX style support page is at:
1199 % http://www.michaelshell.org/tex/ieeetran/bibtex/
1200 %\bibliographystyle{IEEEtran}
1201 % argument is your BibTeX string definitions and bibliography database(s)
1202 %\bibliography{IEEEabrv,../bib/paper}
1203 %\bibliographystyle{./IEEEtran}
1204 \bibliography{mybibfile}
1205
1206 %
1207 % <OR> manually copy in the resultant .bbl file
1208 % set second argument of \begin to the number of references
1209 % (used to reserve space for the reference number labels box)
1210 %\begin{thebibliography}{1}
1211
1212 %\bibitem{IEEEhowto:kopka}
1213 %H.~Kopka and P.~W. Daly, \emph{A Guide to \LaTeX}, 3rd~ed.\hskip 1em plus
1214  % 0.5em minus 0.4em\relax Harlow, England: Addison-Wesley, 1999.
1215   
1216 %\bibitem{IEEEhowto:NVIDIA12} 
1217  %NVIDIA Corporation, \textit{Whitepaper NVIDA’s Next Generation CUDATM Compute
1218 %Architecture: KeplerTM }, 1st ed., 2012.
1219
1220 %\end{thebibliography}
1221
1222
1223
1224
1225 % that's all folks
1226 \end{document}
1227
1228