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Private GIT Repository
corrections figures 2 4 9
[kahina_paper2.git] / paper.tex
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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
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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
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113
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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
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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 \newcommand{\KG}[2][inline]{%
332   \todo[color=green!10,#1]{\sffamily\textbf{KG:} #2}\xspace}
333 \newcommand{\AS}[2][inline]{%
334   \todo[color=orange!10,#1]{\sffamily\textbf{AS:} #2}\xspace}
335
336
337
338
339
340 \begin{document}
341 %
342 % paper title
343 % Titles are generally capitalized except for words such as a, an, and, as,
344 % at, but, by, for, in, nor, of, on, or, the, to and up, which are usually
345 % not capitalized unless they are the first or last word of the title.
346 % Linebreaks \\ can be used within to get better formatting as desired.
347 % Do not put math or special symbols in the title.
348 \title{Two parallel implementations of Ehrlich-Aberth algorithm for root-finding of polynomials on multiple GPUs with OpenMP and MPI}
349
350
351 % author names and affiliations
352 % use a multiple column layout for up to three different
353 % affiliations
354 \author{\IEEEauthorblockN{Kahina Guidouche, Abderrahmane Sider }
355   \IEEEauthorblockA{Laboratoire LIMED\\
356     Faculté des sciences exactes\\
357     Université de Bejaia, 06000, Algeria\\
358 Email: \{kahina.ghidouche,ar.sider\}@univ-bejaia.dz}
359 \and
360 \IEEEauthorblockN{Lilia Ziane Khodja, Raphaël Couturier}
361 \IEEEauthorblockA{FEMTO-ST Institute\\
362   University of   Bourgogne Franche-Comte\\
363   France\\
364 Email: zianekhodja.lilia@gmail.com, raphael.couturier@univ-fcomte.fr}}
365
366 % conference papers do not typically use \thanks and this command
367 % is locked out in conference mode. If really needed, such as for
368 % the acknowledgment of grants, issue a \IEEEoverridecommandlockouts
369 % after \documentclass
370
371 % for over three affiliations, or if they all won't fit within the width
372 % of the page, use this alternative format:
373
374 %\author{\IEEEauthorblockN{Michael Shell\IEEEauthorrefmark{1},
375 %Homer Simpson\IEEEauthorrefmark{2},
376 %James Kirk\IEEEauthorrefmark{3}, 
377 %Montgomery Scott\IEEEauthorrefmark{3} and
378 %Eldon Tyrell\IEEEauthorrefmark{4}}
379 %\IEEEauthorblockA{\IEEEauthorrefmark{1}School of Electrical and Computer Engineering\\
380 %Georgia Institute of Technology,
381 %Atlanta, Georgia 30332--0250\\ Email: see http://www.michaelshell.org/contact.html}
382 %\IEEEauthorblockA{\IEEEauthorrefmark{2}Twentieth Century Fox, Springfield, USA\\
383 %Email: homer@thesimpsons.com}
384 %\IEEEauthorblockA{\IEEEauthorrefmark{3}Starfleet Academy, San Francisco, California 96678-2391\\
385 %Telephone: (800) 555--1212, Fax: (888) 555--1212}
386 %\IEEEauthorblockA{\IEEEauthorrefmark{4}Tyrell Inc., 123 Replicant Street, Los Angeles, California 90210--4321}}
387
388
389
390
391 % use for special paper notices
392 %\IEEEspecialpapernotice{(Invited Paper)}
393
394
395
396
397 % make the title area
398 \maketitle
399
400 % As a general rule, do not put math, special symbols or citations
401 % in the abstract
402 \begin{abstract}
403 Finding roots of polynomials is a very important part of solving
404 real-life problems but it is not so easy for polynomials of high
405 degrees. In this paper, we present two different parallel algorithms
406 of the Ehrlich-Aberth method to find roots of sparse and fully defined
407 polynomials of high degrees. Both algorithms are based on CUDA
408 technology to be implemented on multi-GPU computing platforms but each
409 using different parallel paradigms: OpenMP or MPI. The experiments
410 show a quasi-linear speedup by using up-to 4 GPU devices compared to 1
411 GPU to find roots of polynomials of degree up-to 1.4
412 million. Moreover, other experiments show it is possible to find roots
413 of polynomials of degree up to 5 millions.
414 \end{abstract}
415
416 % no keywords
417
418
419
420
421 % For peer review papers, you can put extra information on the cover
422 % page as needed:
423 % \ifCLASSOPTIONpeerreview
424 % \begin{center} \bfseries EDICS Category: 3-BBND \end{center}
425 % \fi
426 %
427 % For peerreview papers, this IEEEtran command inserts a page break and
428 % creates the second title. It will be ignored for other modes.
429 \IEEEpeerreviewmaketitle
430
431
432 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
433 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
434 \section{Introduction}
435 %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:
436 %\begin{equation}
437 %p(x)=\sum_{i=0}^{n}{a_ix^i}.
438 %\end{equation}
439 %\LZK{Dans ce cas le polynôme a $n+1$ coefficients et non pas $n$!}
440
441 %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.
442
443 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:
444 \begin{equation}
445 p(x) = \displaystyle\sum^n_{i=0}{a_ix^i},a_n\neq 0. 
446 \end{equation}
447 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 :
448 \begin{equation}
449  p(x)=a_n\displaystyle\prod_{i=1}^n(x-z_i), a_n\neq 0.
450 \end{equation}
451 %\LZK{Pourquoi $a_0a_n\neq 0$ ?: $a_0$ pour la premiere equation et $a_n$ pour la deuxieme equation }
452
453 %The problem of finding the roots of polynomials can be encountered in numerous applications. \LZK{A mon avis on peut supprimer cette phrase}
454 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}.
455 %\LZK{Pouvez-vous donner des références pour les deux méthodes?, c'est fait}
456
457 %The first method of this group is Durand-Kerner method:
458 %\begin{equation}
459 %\label{DK}
460 % 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,
461 %\end{equation}
462 %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:
463 %%\begin{center}
464 %\begin{equation}
465 %\label{Eq:EA}
466  %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,
467 %\end{equation}
468 %%\end{center}
469 %where $p'(z)$ is the polynomial derivative of $p$ evaluated in the point $z$.
470
471 %Aberth, Ehrlich and Farmer-Loizou~\cite{Loizou83} have proved that
472 %the Ehrlich-Aberth method (EA) has a cubic order of convergence for simple roots whereas the Durand-Kerner has a quadratic order of %convergence.
473
474 The main problem of the simultaneous methods is that the necessary
475 time needed for the convergence increases with the increasing of the
476 polynomial's degree. Many authors have treated the problem of
477 implementing  simultaneous methods in
478 parallel. Freeman~\cite{Freeman89} implemented and compared
479 Durand-Kerner method, Ehrlich-Aberth method and another method of the
480 fourth order of convergence proposed by Farmer and
481 Loizou~\cite{Loizou83} on a 8-processor linear chain, for polynomials
482 of degree up-to 8. The method of Farmer and Loizou~\cite{Loizou83}
483 often diverges, but the first two methods (Durand-Kerner and
484 Ehrlich-Aberth methods) have a speed-up equals to 5.5. Later, Freeman
485 and Bane~\cite{Freemanall90} considered asynchronous algorithms in
486 which each processor continues to update its approximations even
487 though the latest values of other approximations $z^{k}_{i}$ have not
488 been received from the other processors, in contrast with synchronous
489 algorithms where it would wait those values before making a new
490 iteration. Couturier et al.~\cite{Raphaelall01} proposed two methods
491 of parallelization for a shared memory architecture with OpenMP and
492 for a distributed memory one with MPI. They are able to compute the
493 roots of sparse polynomials of degree 10,000 in 116 seconds with
494 OpenMP and 135 seconds with MPI only by using 8 personal computers and
495 2 communications per iteration. \RC{si on donne des temps faut donner
496   le proc, comme c'est vieux à mon avis faut supprimer ca, votre avis?} The authors showed an interesting
497 speedup comparing to the sequential implementation which takes up-to
498 3,300 seconds to obtain same results. 
499 \LZK{``only by using 8 personal computers and 2 communications per iteration''. Pour MPI? et Pour OpenMP: Rep: c'est MPI seulement}
500
501 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.
502
503 %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.
504 %\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.)?}
505 %\LZK{Les contributions ne sont pas définies !!}
506
507 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:
508 \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.}
509  \begin{itemize}
510  \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}
511  \item A parallel implementation of Ehrlich-Aberth method on single GPU with CUDA.\RC{idem}
512 \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.
513 \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.
514  \end{itemize}
515 \LZK{Pas d'autres contributions possibles?: j'ai rajouté 2}
516
517 %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.}
518
519 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. 
520 %\LZK{A revoir toute cette organization: je viens de la revoir}
521
522 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
523 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
524  
525 \section{Parallel programming models}
526 \label{sec2}
527 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.
528  
529 \subsection{OpenMP}
530 %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.
531
532 %\subsection{OpenMP} 
533 %OpenMP is a shared memory programming API based on threads from
534 %the same system process. Designed for multiprocessor shared memory UMA or
535 %NUMA [10], it relies on the execution model SPMD ( Single Program, Multiple Data Stream )
536 %where the thread "master" and threads "slaves" asynchronously execute their codes
537 %communicate / synchronize via shared memory [7]. It also helps to build
538 %the loop parallelism and is very suitable for an incremental code parallelization
539 %Sequential natively. Threads share some or all of the available memory and can
540 %have private memory areas [6].
541
542 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. 
543
544 \subsection{MPI} 
545 %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.
546
547 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.
548  
549 \subsection{CUDA}
550 %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.
551
552 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.
553
554 %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.
555
556 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
557 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
558
559 \section{The Ehrlich-Aberth algorithm on a GPU}
560 \label{sec3}
561
562 \subsection{The Ehrlich-Aberth method}
563 %A cubically convergent iteration method to find zeros of
564 %polynomials was proposed by O. Aberth~\cite{Aberth73}. The
565 %Ehrlich-Aberth (EA is short) method contains 4 main steps, presented in what
566 %follows.
567
568 %The Aberth method is a purely algebraic derivation. 
569 %To illustrate the derivation, we let $w_{i}(z)$ be the product of linear factors 
570
571 %\begin{equation}
572 %w_{i}(z)=\prod_{j=1,j \neq i}^{n} (z-x_{j})
573 %\end{equation}
574
575 %And let a rational function $R_{i}(z)$ be the correction term of the
576 %Weistrass method~\cite{Weierstrass03}
577
578 %\begin{equation}
579 %R_{i}(z)=\frac{p(z)}{w_{i}(z)} , i=1,2,...,n.
580 %\end{equation}
581
582 %Differentiating the rational function $R_{i}(z)$ and applying the
583 %Newton method, we have:
584
585 %\begin{equation}
586 %\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
587 %\end{equation}
588 %where R_{i}^{'}(z)is the rational function derivative of F evaluated in the point z 
589 %Substituting $x_{j}$ for $z_{j}$ we obtain the Aberth iteration method.% 
590
591
592 %\subsubsection{Polynomials Initialization}
593 %The initialization of a polynomial $p(z)$ is done by setting each of the $n$ complex coefficients %$a_{i}$:
594
595 %\begin{equation}
596 %\label{eq:SimplePolynome}
597 %  p(z)=\sum{a_{i}z^{n-i}} , a_{n} \neq 0,a_{0}=1, a_{i}\subset C
598 %\end{equation}
599
600
601 %\subsubsection{Vector $Z^{(0)}$ Initialization}
602 %\label{sec:vec_initialization}
603 %As for any iterative method, we need to choose $n$ initial guess points $z^{0}_{i}, i = 1, . . . , %n.$
604 %The initial guess is very important since the number of steps needed by the iterative method to %reach
605 %a given approximation strongly depends on it.
606 %In~\cite{Aberth73} the Ehrlich-Aberth iteration is started by selecting $n$
607 %equi-distant points on a circle of center 0 and radius r, where r is
608 %an upper bound to the moduli of the zeros. Later, Bini and al.~\cite{Bini96}
609 %performed this choice by selecting complex numbers along different
610 %circles which relies on the result of~\cite{Ostrowski41}.
611
612 %\begin{equation}
613 %\label{eq:radiusR}
614 %%\begin{align}
615 %\sigma_{0}=\frac{u+v}{2};u=\frac{\sum_{i=1}^{n}u_{i}}{n.max_{i=1}^{n}u_{i}};
616 %v=\frac{\sum_{i=0}^{n-1}v_{i}}{n.min_{i=0}^{n-1}v_{i}};\\
617 %%\end{align}
618 %\end{equation}
619 %Where:
620 %\begin{equation}
621 %u_{i}=2.|a_{i}|^{\frac{1}{i}};
622 %v_{i}=\frac{|\frac{a_{n}}{a_{i}}|^{\frac{1}{n-i}}}{2}.
623 %\end{equation}
624
625 %\subsubsection{Iterative Function}
626 %The operator used by the Aberth method  corresponds to the
627 %equation~\ref{Eq:EA1}, it enables the convergence towards
628 %the polynomials zeros, provided all the roots are distinct.
629
630 %Here we give a second form of the iterative function used by the Ehrlich-Aberth method: 
631
632 %\begin{equation}
633 %\label{Eq:EA-1}
634 %EA: z^{k+1}_{i}=z_{i}^{k}-\frac{\frac{p(z_{i}^{k})}{p'(z_{i}^{k})}}
635 %{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
636 %\end{equation}
637
638 %\subsubsection{Convergence Condition}
639 %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:
640
641 %\begin{equation}
642 %\label{eq:AAberth-Conv-Cond}
643 %\forall i \in [1,n];\vert\frac{z_{i}^{k}-z_{i}^{k-1}}{z_{i}^{k}}\vert<\xi
644 %\end{equation}
645
646
647 %\begin{figure}[htbp]
648 %\centering
649  % \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{EA-Algorithm}
650 %\caption{The Ehrlich-Aberth algorithm on single GPU}
651 %\label{fig:03}
652 %\end{figure}
653
654 %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.
655
656 The Ehrlich-Aberth method is a simultaneous method~\cite{Aberth73} using the following iteration
657 \begin{equation}
658 \label{Eq:EA1}
659 EA: z^{k+1}_{i}=z_{i}^{k}-\frac{\frac{p(z_{i}^{k})}{p'(z_{i}^{k})}}
660 {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
661 \end{equation}
662
663 This methods contains 4 steps. The first step consists of the initial
664 approximations of all the roots of the polynomial. The second step
665 initializes the solution vector $Z$ using the Guggenheimer
666 method~\cite{Gugg86} to ensure the distinction of the initial vector
667 roots. In step 3, the iterative function based on the Newton's
668 method~\cite{newt70} and Weiestrass operator~\cite{Weierstrass03} is
669 applied. With this step the computation of roots will converge,
670 provided that all roots are different.
671
672
673 In order to stop the iterative function, a stop condition is
674 applied. This condition checks that all the root modules are lower
675 than a fixed value $\xi$.
676
677 \begin{equation}
678 \label{eq:Aberth-Conv-Cond}
679 \forall i \in [1,n];\vert\frac{z_{i}^{k}-z_{i}^{k-1}}{z_{i}^{k}}\vert<\xi
680 \end{equation}
681 \subsection{Improving Ehrlich-Aberth method}
682 With high degree polynomials, the Ehrlich-Aberth method suffers from
683 floating point overflows due to the mantissa of floating points
684 representations. This induces errors in the computation of $p(z)$ when
685 $z$ is large.
686  
687 %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: 
688
689 %\begin{equation}
690 %\label{R.EL}
691 %R = exp(log(DBL\_MAX)/(2*n) );
692 %\end{equation}
693
694
695
696 % where \verb=DBL_MAX= stands for the maximum representable \verb=double= value.
697  
698 In order to solve this problem, we propose to modify the iterative
699 function by using the logarithm and the exponential of a complex and
700 we propose a new version of the Ehrlich-Aberth method.  This method
701 allows us to exceed the computation of the polynomials of degree
702 100,000 and to reach a degree up to more than 1,000,000. This new
703 version of the Ehrlich-Aberth method with exponential and logarithm is
704 defined as follows:
705
706 \begin{equation}
707 \label{Log_H2}
708 z^{k+1}_{i}=z_{i}^{k}-\exp \left(\ln \left(
709 p(z_{i}^{k})\right)-\ln\left(p'(z^{k}_{i})\right)- \ln\left(1-Q(z^{k}_{i})\right)\right),
710 \end{equation}
711
712 where:
713
714 \begin{eqnarray}
715 \label{Log_H1}
716 Q(z^{k}_{i})=\exp\left( \ln (p(z^{k}_{i}))-\ln(p'(z^{k}_{i}))+\ln \left(
717 \sum_{i\neq j}^{n}\frac{1}{z^{k}_{i}-z^{k}_{j}}\right)\right) \nonumber  \\
718 i=1,...,n  
719 \end{eqnarray}
720
721
722 %We propose to use the logarithm and the exponential of a complex in order to compute the power at a high exponent. 
723 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}.
724
725 %This problem was discussed earlier in~\cite{Karimall98} for the Durand-Kerner method. The authors
726 %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}.
727
728 \subsection{Ehrlich-Aberth parallel implementation on CUDA}
729 %We introduced three paradigms of parallel programming.
730
731 Our objective consists in implementing a root finding polynomial
732 algorithm on multiple GPUs. To this end, it is primordial to know how
733 to manage CUDA contexts of different GPUs. A direct method for
734 controlling the various GPUs is to use as many threads or processes as
735 GPU devices. We can choose the GPU index based on the identifier of
736 OpenMP thread or the rank of the MPI process. Both approaches will be
737 investigated.
738
739
740
741
742 Like any parallel code, a GPU parallel implementation first requires
743 to determine the sequential tasks and the parallelizable parts of the
744 sequential version of the program/algorithm. In our case, all the
745 operations that are easy to execute in parallel must be made by the
746 GPU to accelerate the execution of the application, like the step 3
747 and step 4. On the other hand, all the sequential operations and the
748 operations that have data dependencies between threads or recursive
749 computations must be executed by only one CUDA or CPU thread (step 1
750 and step 2). Initially, we specify the organization of parallel
751 threads, by specifying the dimension of the grid Dimgrid, the number
752 of blocks per grid DimBlock and the number of threads per block.
753
754 The code is organized kernels which are part of code that are run on
755 GPU devices. For step 3, there are two kernels, the first named
756 \textit{save} is used to save vector $Z^{K-1}$ and the second one is
757 named \textit{update} and is used to update the $Z^{K}$ vector. For
758 step 4, a kernel tests the convergence of the method. In order to
759 compute the function H, we have two possibilities: either to use the
760 Jacobi mode, or the Gauss-Seidel mode of iterating which uses the most
761 recent computed roots. It is well known that the Gauss-Seidel mode
762 converges more quickly. So, we use Gauss-Seidel iterations. To
763 parallelize the code, we create kernels and many functions to be
764 executed on the GPU for all the operations dealing with the
765 computation on complex numbers and the evaluation of the
766 polynomials. As said previously, we manage both functions of
767 evaluation: the normal method, based on the method of
768 Horner and the method based on the logarithm of the polynomial. All
769 these methods were rather long to implement, as the development of
770 corresponding kernels with CUDA is longer than on a CPU host. This
771 comes in particular from the fact that it is very difficult to debug
772 CUDA running threads like threads on a CPU host. In the following
773 paragraph Algorithm~\ref{alg1-cuda} shows the GPU parallel
774 implementation of Ehrlich-Aberth method.
775
776 \begin{enumerate}
777 \begin{algorithm}[htpb]
778 \label{alg1-cuda}
779 %\LinesNumbered
780 \caption{CUDA Algorithm to find roots with the Ehrlich-Aberth method}
781
782 \KwIn{$Z^{0}$ (Initial root's vector), $\varepsilon$ (Error tolerance
783   threshold), P (Polynomial to solve), Pu (Derivative of P), $n$ (Polynomial degrees), $\Delta z_{max}$ (Maximum value of stop condition)}
784
785 \KwOut {$Z$ (Solution root's vector), $ZPrec$ (Previous solution root's vector)}
786
787 %\BlankLine
788
789 \item Initialization of P\;
790 \item Initialization of Pu\;
791 \item Initialization of the solution vector $Z^{0}$\;
792 \item Allocate and copy initial data to the GPU global memory\;
793 \item k=0\;
794 \item \While {$\Delta z_{max} > \epsilon$}{
795 \item   Let $\Delta z_{max}=0$\;
796 \item   $ kernel\_save(ZPrec,Z)$\;
797 \item   k=k+1\;
798 \item   $ kernel\_update(Z,P,Pu)$\;
799 \item $kernel\_testConverge(\Delta z_{max},Z,ZPrec)$\;
800
801 }
802 \item Copy results from GPU memory to CPU memory\;
803 \end{algorithm}
804 \end{enumerate}
805 ~\\ 
806
807 \RC{Au final, on laisse ce code, on l'explique, si c'est kahina qui
808   rajoute l'explication, il faut absolument ajouter \KG{dfsdfsd}, car
809   l'anglais sera à relire et je ne veux pas tout relire... }
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
815 OpenMP and CUDA programming model.  All the data
816 are shared with OpenMP amoung all the OpenMP threads. The shared data
817 are the solution vector $Z$, the polynomial to solve $P$, and the
818 error vector $\Delta z$. The number of OpenMP threads is equal to the
819 number of GPUs, each OpenMP thread binds to one GPU, and it controls a
820 part of the shared memory. More precisely each OpenMP thread owns of
821 the vector Z, that is $(n/num\_gpu)$ roots where $n$ is the
822 polynomial's degree and $num\_gpu$ the total number of available
823 GPUs. Then all GPUs will have a grid of computation organized
824 according to the device performance and the size of data on which it
825 runs the computation kernels.
826
827 To compute one iteration of the EA method each GPU performs the
828 followings steps. First roots are shared with OpenMP. Each thread
829 starts by copying all the previous roots inside its GPU. Then each GPU
830 will compute an iteration of the EA method on its own roots. For that
831 all the other roots are used. At the end of an iteration, the updated
832 roots are copied from the GPU to the CPU. The convergence is checked
833 on the new roots. Finally each CPU will update its own roots in the
834 shared memory arrays containing all the roots.
835
836 %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).
837
838 %\begin{figure}[htbp]
839 %\centering
840  % \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{OpenMP-CUDA}
841 %\caption{The OpenMP-CUDA architecture}
842 %\label{fig:03}
843 %\end{figure}
844 %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:
845
846 %% \RC{Surement à virer ou réécrire pour etre compris sans algo}
847 %% $num\_gpus$ OpenMP threads  are created using
848 %% \verb=omp_set_num_threads();=function (step $3$, Algorithm
849 %% \ref{alg2-cuda-openmp}), the shared memory is created using
850 %% \verb=#pragma omp parallel shared()= OpenMP function (line $5$,
851 %% Algorithm\ref{alg2-cuda-openmp}), then each OpenMP thread allocates
852 %% memory and copies initial data from CPU memory to GPU global memory,
853 %% executes the kernels on GPU, but computes only his portion of roots
854 %% indicated with variable \textit{index} initialized in (line 5,
855 %% Algorithm \ref{alg2-cuda-openmp}), used as input data in the
856 %% $kernel\_update$ (line 10, Algorithm \ref{alg2-cuda-openmp}). After
857 %% each iteration, all OpenMP threads synchronize using
858 %% \verb=#pragma omp barrier;= to gather all the correct values of
859 %% $\Delta z$, thus allowing the computation the maximum stop condition
860 %% on vector $\Delta z$ (line 12, Algorithm
861 %% \ref{alg2-cuda-openmp}). Finally, threads copy the results from GPU
862 %% memories to CPU memory. The OpenMP threads execute kernels until the
863 %% roots sufficiently converge.
864
865
866 %% \begin{enumerate}
867 %% \begin{algorithm}[htpb]
868 %% \label{alg2-cuda-openmp}
869 %% %\LinesNumbered
870 %% \caption{CUDA-OpenMP Algorithm to find roots with the Ehrlich-Aberth method}
871
872 %% \KwIn{$Z^{0}$ (Initial root's vector), $\varepsilon$ (Error tolerance
873 %%   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)}
874
875 %% \KwOut {$Z$ ( Root's vector), $ZPrec$ (Previous root's vector)}
876
877 %% \BlankLine
878
879 %% \item Initialization of P\;
880 %% \item Initialization of Pu\;
881 %% \item Initialization of the solution vector $Z^{0}$\;
882 %% \verb=omp_set_num_threads(num_gpus);=
883 %% \verb=#pragma omp parallel shared(Z,$\Delta$ z,P);=
884 %% \verb=cudaGetDevice(gpu_id);=
885 %% \item Allocate and copy initial data from CPU memory to the GPU global memories\;
886 %% \item index= $Size/num\_gpus$\;
887 %% \item k=0\;
888 %% \While {$error > \epsilon$}{
889 %% \item Let $\Delta z=0$\;
890 %% \item $ kernel\_save(ZPrec,Z)$\;
891 %% \item  k=k+1\;
892 %% \item $ kernel\_update(Z,P,Pu,index)$\;
893 %% \item $kernel\_testConverge(\Delta z[gpu\_id],Z,ZPrec)$\;
894 %% %\verb=#pragma omp barrier;=
895 %% \item error= Max($\Delta z$)\;
896 %% }
897
898 %% \item Copy results from GPU memories to CPU memory\;
899 %% \end{algorithm}
900 %% \end{enumerate}
901 %% ~\\ 
902 %% \RC{C'est encore pire ici, on ne voit pas les comm CPU <-> GPU }
903
904
905 \subsection{Multi-GPU : an MPI-CUDA approach}
906 %\begin{figure}[htbp]
907 %\centering
908  % \includegraphics[angle=-90,width=0.2\textwidth]{MPI-CUDA}
909 %\caption{The MPI-CUDA architecture }
910 %\label{fig:03}
911 %\end{figure}
912 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.
913
914 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.
915
916 %% \begin{enumerate}
917 %% \begin{algorithm}[htpb]
918 %% \label{alg2-cuda-mpi}
919 %% %\LinesNumbered
920 %% \caption{CUDA-MPI Algorithm to find roots with the Ehrlich-Aberth method}
921
922 %% \KwIn{$Z^{0}$ (Initial root's vector), $\varepsilon$ (Error tolerance
923 %%   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)}
924
925 %% \KwOut {$Z$ (Solution root's vector), $ZPrec$ (Previous solution root's vector)}
926
927 %% \BlankLine
928 %% \item Initialization of P\;
929 %% \item Initialization of Pu\;
930 %% \item Initialization of the solution vector $Z^{0}$\;
931 %% \item Allocate and copy initial data from CPU memories to GPU global memories\;
932 %% \item $index= Size/num_gpus$\;
933 %% \item k=0\;
934 %% \While {$error > \epsilon$}{
935 %% \item Let $\Delta z=0$\;
936 %% \item $kernel\_save(ZPrec,Z)$\;
937 %% \item  k=k+1\;
938 %% \item $kernel\_update(Z,P,Pu,index)$\;
939 %% \item $kernel\_testConverge(\Delta z,Z,ZPrec)$\;
940 %% \item ComputeMaxError($\Delta z$,error)\;
941 %% \item Copy results from GPU memories to CPU memories\;
942 %% \item Send $Z[id]$ to all processes\;
943 %% \item Receive $Z[j]$ from every other process j\;
944 %% }
945 %% \end{algorithm}
946 %% \end{enumerate}
947 %% ~\\ 
948
949 %% \RC{ENCORE ENCORE PIRE}
950
951 \section{Experiments}
952 \label{sec5}
953 We study two categories of polynomials: sparse polynomials and full polynomials.\\
954 {\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:
955 \begin{equation}
956         \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})
957 \end{equation}\noindent
958 {\it A full polynomial} is, in contrast, a polynomial for which all the coefficients are not null. A full polynomial is defined by:
959 %%\begin{equation}
960         %%\forall \alpha_{i} \in C,\forall n_{i}\in N^{*}; P(z)= \sum^{n}_{i=1}(z^{n^{i}}.a_{i})
961 %%\end{equation}
962
963 \begin{equation}
964      {\Large \forall a_{i} \in C, i\in N;  p(x)=\sum^{n}_{i=0} a_{i}.x^{i}} 
965 \end{equation}
966
967 For our test, 4 cards GPU tesla Kepler K40 are used.  In order to
968 evaluate both the GPU and Multi-GPU approaches, we performed a set of
969 experiments on a single GPU and multiple GPUs using OpenMP or MPI with
970 the EA algorithm, for both sparse and full polynomials of different
971 sizes.  All experimental results obtained are perfomed with double
972 precision float data and the convergence threshold of the EA method is
973 set to $10^{-7}$.  The initialization values of the vector solution of
974 the methods are given by Guggenheimer method~\cite{Gugg86}.
975
976
977 \subsection{Evaluation of the CUDA-OpenMP approach}
978
979 Here we report some experiments witt full and sparse polynomials of
980 different degrees with multiple GPUs.
981 \subsubsection{Execution times of the EA method to solve sparse polynomials on multiple GPUs}
982  
983 In this experiments we report the execution time of the EA algorithm, on single GPU and multi-GPUs with (2,3,4) GPUs, for different sparse polynomial degrees ranging from 100,000 to 1,400,000.
984
985 \begin{figure}[htbp]
986 \centering
987   \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Sparse_omp}
988 \caption{Execution time in seconds of the Ehrlich-Aberth method to
989   solve sparse polynomials on multiple GPUs with CUDA-OpenMP.}
990 \label{fig:01}
991 \end{figure}
992
993 Figure~\ref{fig:01} shows that the CUDA-OpenMP approach scales well
994 with multiple GPUs. This version allows us to solve sparse polynomials
995 of very high degrees.
996
997 \subsubsection{Execution times of the EA method to solve full polynomials on multiple GPUs}
998
999 These experiments show the execution times 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.
1000
1001 \begin{figure}[htbp]
1002 \centering
1003   \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Full_omp}
1004 \caption{Execution time in seconds of the Ehrlich-Aberth method to
1005   solve full polynomials on multiple GPUs with CUDA-OpenMP.}
1006 \label{fig:02}
1007 \end{figure}
1008
1009 In Figure~\ref{fig:02}, we can observe that with full polynomials the EA version with
1010 CUDA-OpenMP scales also well. Using 4 GPUs allows us to achieve a
1011 quasi-linear speedup.
1012
1013 \subsection{Evaluation of the CUDA-MPI approach}
1014 In this part we perform some experiments to evaluate the CUDA-MPI
1015 approach to solve full and sparse polynomials of degrees ranging from
1016 100,000 to 1,400,000.
1017
1018 \subsubsection{Execution times of the EA method to solve sparse polynomials on multiple GPUs}
1019
1020 \begin{figure}[htbp]
1021 \centering
1022   \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Sparse_mpi}
1023 \caption{Execution time in seconds of the Ehrlich-Aberth method to
1024   solve sparse polynomials on multiple GPUs with CUDA-MPI.}
1025 \label{fig:03}
1026 \end{figure}
1027 Figure~\ref{fig:03} shows the execution times of te EA algorithm,
1028 for a single GPU, and multiple GPUs (2, 3, 4) with the CUDA-MPI approach.
1029
1030 \subsubsection{Execution time of the Ehrlich-Aberth method for solving full polynomials on multiple GPUs using the Multi-GPU appraoch}
1031
1032 \begin{figure}[htbp]
1033 \centering
1034  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Full_mpi}
1035 \caption{Execution times in seconds of the Ehrlich-Aberth method for
1036   full polynomials on  multiple GPUs with CUDA-MPI.}
1037 \label{fig:04}
1038 \end{figure}
1039
1040 In Figure~\ref{fig:04}, we can also observe that the CUDA-MPI approach
1041 is also efficient to solve full polynimails on multiple GPUs.
1042
1043 \subsection{Comparison of  the CUDA-OpenMP and the CUDA-MPI approaches}
1044
1045 In the previuos section we saw that both approches are very effecient
1046 to  reduce the execution times the  sparse and full polynomials. In
1047 this section we try to compare these two approaches.
1048
1049 \subsubsection{Solving sparse polynomials}
1050 In this experiment three sparse polynomials of size 200K, 800K and 1,4M are investigated.
1051 \begin{figure}[htbp]
1052 \centering
1053  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Sparse}
1054 \caption{Execution times  to solvs sparse polynomials of three
1055   distinct sizes on multiple GPUs using MPI and OpenMP with the
1056   Ehrlich-Aberth method}
1057 \label{fig:05}
1058 \end{figure}
1059 In Figure~\ref{fig:05} there is one curve for CUDA-MPI and another one
1060 for CUDA-OpenMP. We can see that the results are quite similar between
1061 OpenMP and MPI for the polynomials size of 200K. For the size of 800K,
1062 the MPI version is a little bit slower than the OpenMP approach but for
1063 the 1,4 millions size, there is a slight advantage for the MPI
1064 version.
1065
1066 \subsubsection{Solving full polynomials}
1067 \begin{figure}[htbp]
1068 \centering
1069  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{Full}
1070 \caption{Execution time for solving full polynomials of three distinct sizes on multiple GPUs using MPI and OpenMP approaches using Ehrlich-Aberth}
1071 \label{fig:06}
1072 \end{figure}
1073 In Figure~\ref{fig:06}, we can see that when it comes to full polynomials, both approaches are almost equivalent.
1074
1075 \subsubsection{Solving sparse and full polynomials of the same size with CUDA-MPI}
1076
1077 In this experiment we compare the execution time of the EA algorithm
1078 according to the number of GPUs to solve sparse and full
1079 polynomials on multiples GPUs using MPI. We chose three sparse and full
1080 polynomials of size 200K, 800K and 1,4M.
1081 \begin{figure}[htbp]
1082 \centering
1083  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{MPI}
1084 \caption{Execution times to solve sparse and full polynomials of three distinct sizes on multiple GPUs using MPI.}
1085 \label{fig:07}
1086 \end{figure}
1087 In Figure~\ref{fig:07} we can see that CUDA-MPI can solve sparse and
1088 full polynomials of high degrees, the execution times with sparse
1089 polynomial are very low compared to full polynomials. With sparse
1090 polynomials the number of monomials is reduced, consequently the number
1091 of operations is reduced and the execution time decreases.
1092
1093 \subsubsection{Solving sparse and full polynomials of the same size with CUDA-OpenMP}
1094
1095 \begin{figure}[htbp]
1096 \centering
1097  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{OMP}
1098 \caption{Execution time for solving sparse and full polynomials of three distinct sizes on multiple GPUs using OpenMP}
1099 \label{fig:08}
1100 \end{figure}
1101
1102 Figure ~\ref{fig:08} shows the impact of sparsity on the effectiveness of the CUDA-OpenMP approach. We can see that the impact follows the same pattern, a difference in execution time in favor of the sparse polynomials. 
1103
1104 \subsection{Scalability of the EA method on multiple GPUs to solve very high degree polynomials}
1105 These experiments report the execution times of the EA method for
1106 sparse and full polynomials ranging from 1,000,000 to 5,000,000.
1107 \begin{figure}[htbp]
1108 \centering
1109  \includegraphics[angle=-90,width=0.5\textwidth]{big}
1110  \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}
1111 \label{fig:09}
1112 \end{figure}
1113 In Figure~\ref{fig:09} we can see that both approaches are scalable
1114 and can solve very high degree polynomials. With full polynomial both
1115 approaches give very similar results. However, for sparse polynomials
1116 there are a noticeable difference in favour of MPI when the degree is
1117 above 4 millions. Between 1  and 3 millions, OpenMP is more effecient.
1118 Under 1 million, OpenMPI and MPI are almost equivalent.
1119
1120 %SIDER : il faut une explication sur les différences ici aussi.
1121  
1122 %for sparse and full polynomials
1123 % An example of a floating figure using the graphicx package.
1124 % Note that \label must occur AFTER (or within) \caption.
1125 % For figures, \caption should occur after the \includegraphics.
1126 % Note that IEEEtran v1.7 and later has special internal code that
1127 % is designed to preserve the operation of \label within \caption
1128 % even when the captionsoff option is in effect. However, because
1129 % of issues like this, it may be the safest practice to put all your
1130 % \label just after \caption rather than within \caption{}.
1131 %
1132 % Reminder: the "draftcls" or "draftclsnofoot", not "draft", class
1133 % option should be used if it is desired that the figures are to be
1134 % displayed while in draft mode.
1135 %
1136 %\begin{figure}[!t]
1137 %\centering
1138 %\includegraphics[width=2.5in]{myfigure}
1139 % where an .eps filename suffix will be assumed under latex, 
1140 % and a .pdf suffix will be assumed for pdflatex; or what has been declared
1141 % via \DeclareGraphicsExtensions.
1142 %\caption{Simulation results for the network.}
1143 %\label{fig_sim}
1144 %\end{figure}
1145
1146 % Note that the IEEE typically puts floats only at the top, even when this
1147 % results in a large percentage of a column being occupied by floats.
1148
1149
1150 % An example of a double column floating figure using two subfigures.
1151 % (The subfig.sty package must be loaded for this to work.)
1152 % The subfigure \label commands are set within each subfloat command,
1153 % and the \label for the overall figure must come after \caption.
1154 % \hfil is used as a separator to get equal spacing.
1155 % Watch out that the combined width of all the subfigures on a 
1156 % line do not exceed the text width or a line break will occur.
1157 %
1158 %\begin{figure*}[!t]
1159 %\centering
1160 %\subfloat[Case I]{\includegraphics[width=2.5in]{box}%
1161 %\label{fig_first_case}}
1162 %\hfil
1163 %\subfloat[Case II]{\includegraphics[width=2.5in]{box}%
1164 %\label{fig_second_case}}
1165 %\caption{Simulation results for the network.}
1166 %\label{fig_sim}
1167 %\end{figure*}
1168 %
1169 % Note that often IEEE papers with subfigures do not employ subfigure
1170 % captions (using the optional argument to \subfloat[]), but instead will
1171 % reference/describe all of them (a), (b), etc., within the main caption.
1172 % Be aware that for subfig.sty to generate the (a), (b), etc., subfigure
1173 % labels, the optional argument to \subfloat must be present. If a
1174 % subcaption is not desired, just leave its contents blank,
1175 % e.g., \subfloat[].
1176
1177
1178 % An example of a floating table. Note that, for IEEE style tables, the
1179 % \caption command should come BEFORE the table and, given that table
1180 % captions serve much like titles, are usually capitalized except for words
1181 % such as a, an, and, as, at, but, by, for, in, nor, of, on, or, the, to
1182 % and up, which are usually not capitalized unless they are the first or
1183 % last word of the caption. Table text will default to \footnotesize as
1184 % the IEEE normally uses this smaller font for tables.
1185 % The \label must come after \caption as always.
1186 %
1187 %\begin{table}[!t]
1188 %% increase table row spacing, adjust to taste
1189 %\renewcommand{\arraystretch}{1.3}
1190 % if using array.sty, it might be a good idea to tweak the value of
1191 % \extrarowheight as needed to properly center the text within the cells
1192 %\caption{An Example of a Table}
1193 %\label{table_example}
1194 %\centering
1195 %% Some packages, such as MDW tools, offer better commands for making tables
1196 %% than the plain LaTeX2e tabular which is used here.
1197 %\begin{tabular}{|c||c|}
1198 %\hline
1199 %One & Two\\
1200 %\hline
1201 %Three & Four\\
1202 %\hline
1203 %\end{tabular}
1204 %\end{table}
1205
1206
1207 % Note that the IEEE does not put floats in the very first column
1208 % - or typically anywhere on the first page for that matter. Also,
1209 % in-text middle ("here") positioning is typically not used, but it
1210 % is allowed and encouraged for Computer Society conferences (but
1211 % not Computer Society journals). Most IEEE journals/conferences use
1212 % top floats exclusively. 
1213 % Note that, LaTeX2e, unlike IEEE journals/conferences, places
1214 % footnotes above bottom floats. This can be corrected via the
1215 % \fnbelowfloat command of the stfloats package.
1216
1217
1218
1219
1220 \section{Conclusion}
1221 \label{sec6}
1222 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. 
1223 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.
1224
1225
1226 %In future, we will evaluate our parallel implementation of Ehrlich-Aberth algorithm on other parallel programming model 
1227
1228 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).
1229
1230 %present a communication approach between multiple GPUs. The comparison between MPI and OpenMP as GPUs controllers shows that these
1231 %solutions can effectively manage multiple graphics cards to work together
1232 %to solve the same problem
1233
1234
1235  %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. 
1236
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1238
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1240 % conference papers do not normally have an appendix
1241
1242
1243 % use section* for acknowledgment
1244 \section*{Acknowledgment}
1245
1246 Computations have been performed on the supercomputer facilities of
1247 the Mésocentre de calcul de Franche-Comté. We also would like to thank
1248 Nvidia for hardware donation under CUDA Research Center 2014.
1249
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1255 % trigger a \newpage just before the given reference
1256 % number - used to balance the columns on the last page
1257 % adjust value as needed - may need to be readjusted if
1258 % the document is modified later
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1262
1263 % references section
1264
1265 % can use a bibliography generated by BibTeX as a .bbl file
1266 % BibTeX documentation can be easily obtained at:
1267 % http://mirror.ctan.org/biblio/bibtex/contrib/doc/
1268 % The IEEEtran BibTeX style support page is at:
1269 % http://www.michaelshell.org/tex/ieeetran/bibtex/
1270 %\bibliographystyle{IEEEtran}
1271 % argument is your BibTeX string definitions and bibliography database(s)
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1278 % set second argument of \begin to the number of references
1279 % (used to reserve space for the reference number labels box)
1280 %\begin{thebibliography}{1}
1281
1282 %\bibitem{IEEEhowto:kopka}
1283 %H.~Kopka and P.~W. Daly, \emph{A Guide to \LaTeX}, 3rd~ed.\hskip 1em plus
1284  % 0.5em minus 0.4em\relax Harlow, England: Addison-Wesley, 1999.
1285   
1286 %\bibitem{IEEEhowto:NVIDIA12} 
1287  %NVIDIA Corporation, \textit{Whitepaper NVIDA’s Next Generation CUDATM Compute
1288 %Architecture: KeplerTM }, 1st ed., 2012.
1289
1290 %\end{thebibliography}
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1294
1295 % that's all folks
1296 \end{document}
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