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[rce2015.git] / paper.tex
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8 %T\kern-.1667em\lower.7ex\hbox{E}\kern-.125emX}}
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10 \def\volumeyear{2015}
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25 % Extension pour les liens intra-documents (tagged PDF)
26 % et l'affichage correct des URL (commande \url{http://example.com})
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48
49 \algnewcommand\algorithmicinput{\textbf{Input:}}
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51
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54
55 \newcommand{\TOLG}{\mathit{tol_{gmres}}}
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60 \newcommand{\MIC}{\mathit{maxit_{cgls}}}
61
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69
70
71
72 \begin{document}
73 \RCE{Titre a confirmer.}
74 \title{Comparative performance analysis of simulated grid-enabled numerical iterative algorithms}
75 %\itshape{\journalnamelc}\footnotemark[2]}
76
77 \author{    Charles Emile Ramamonjisoa and
78     David Laiymani and
79     Arnaud Giersch and
80     Lilia Ziane Khodja and
81     Raphaël Couturier
82 }
83
84 \address{
85         \centering    
86     Femto-ST Institute - DISC Department\\
87     Université de Franche-Comté\\
88     Belfort\\
89     Email: \email{{raphael.couturier,arnaud.giersch,david.laiymani,charles.ramamonjisoa}@univ-fcomte.fr}
90 }
91
92 %% Lilia Ziane Khodja: Department of Aerospace \& Mechanical Engineering\\ Non Linear Computational Mechanics\\ University of Liege\\ Liege, Belgium. Email: l.zianekhodja@ulg.ac.be
93
94 \begin{abstract}
95 ABSTRACT
96 \end{abstract}
97
98 \keywords{Algorithm; distributed; iterative; asynchronous; simulation; simgrid; performance}
99
100 \maketitle
101
102 \section{Introduction}
103
104 \section{The asynchronous iteration model}
105
106 \section{SimGrid}
107
108 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
109 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
110
111 \section{Two-stage multisplitting methods}
112 \label{sec:04}
113 \subsection{Synchronous and asynchronous two-stage methods for sparse linear systems}
114 \label{sec:04.01}
115 In this paper we focus on two-stage multisplitting methods in their both versions synchronous and asynchronous~\cite{Frommer92,Szyld92,Bru95}. These iterative methods are based on multisplitting methods~\cite{O'leary85,White86,Alefeld97} and use two nested iterations: the outer iteration and the inner iteration. Let us consider the following sparse linear system of $n$ equations in $\mathbb{R}$
116 \begin{equation}
117 Ax=b,
118 \label{eq:01}
119 \end{equation}
120 where $A$ is a sparse square and nonsingular matrix, $b$ is the right-hand side and $x$ is the solution of the system. Our work in this paper is restricted to the block Jacobi splitting method. This approach of multisplitting consists in partitioning the matrix $A$ into $L$ horizontal band matrices of order $\frac{n}{L}\times n$ without overlapping (i.e. sub-vectors $\{x_\ell\}_{1\leq\ell\leq L}$ are disjoint). The two-stage multisplitting methods solve the linear system~(\ref{eq:01}) iteratively as follows
121 \begin{equation}
122 x_\ell^{k+1} = A_{\ell\ell}^{-1}(b_\ell - \displaystyle\sum^{L}_{\substack{m=1\\m\neq\ell}}{A_{\ell m}x^k_m}),\mbox{~for~}\ell=1,\ldots,L\mbox{~and~}k=1,2,3,\ldots
123 \label{eq:02}
124 \end{equation}
125 where $x_\ell$ are sub-vectors of the solution $x$, $b_\ell$ are the sub-vectors of the right-hand side $b$, and $A_{\ell\ell}$ and $A_{\ell m}$ are diagonal and off-diagonal blocks of matrix $A$ respectively. The iterations of these methods can naturally be computed in parallel such that each processor or cluster of processors is responsible for solving one splitting as a linear sub-system 
126 \begin{equation}
127 A_{\ell\ell} x_\ell = c_\ell,\mbox{~for~}\ell=1,\ldots,L,
128 \label{eq:03}
129 \end{equation}
130 where right-hand sides $c_\ell=b_\ell-\sum_{m\neq\ell}A_{\ell m}x_m$ are computed using the shared vectors $x_m$. In this paper, we use the well-known iterative method GMRES ({\it Generalized Minimal RESidual})~\cite{saad86} as an inner iteration to approximate the solutions of the different splittings arising from the block Jacobi multisplitting of matrix $A$. The algorithm in Figure~\ref{alg:01} shows the main key points of our block Jacobi two-stage method executed by a cluster of processors. In line~\ref{solve}, the linear sub-system~(\ref{eq:03}) is solved in parallel using GMRES method where $\MIG$ and $\TOLG$ are the maximum number of inner iterations and the tolerance threshold for GMRES respectively. The convergence of the two-stage multisplitting methods, based on synchronous or asynchronous iterations, is studied by many authors for example~\cite{Bru95,bahi07}. 
131
132 \begin{figure}[t]
133 %\begin{algorithm}[t]
134 %\caption{Block Jacobi two-stage multisplitting method}
135 \begin{algorithmic}[1]
136   \Input $A_\ell$ (sparse matrix), $b_\ell$ (right-hand side)
137   \Output $x_\ell$ (solution vector)\vspace{0.2cm}
138   \State Set the initial guess $x^0$
139   \For {$k=1,2,3,\ldots$ until convergence}
140     \State $c_\ell=b_\ell-\sum_{m\neq\ell}A_{\ell m}x_m^{k-1}$
141     \State $x^k_\ell=Solve_{gmres}(A_{\ell\ell},c_\ell,x^{k-1}_\ell,\MIG,\TOLG)$\label{solve}
142     \State Send $x_\ell^k$ to neighboring clusters\label{send}
143     \State Receive $\{x_m^k\}_{m\neq\ell}$ from neighboring clusters\label{recv}
144   \EndFor
145 \end{algorithmic}
146 \caption{Block Jacobi two-stage multisplitting method}
147 \label{alg:01}
148 %\end{algorithm} 
149 \end{figure}
150
151 In this paper, we propose two algorithms of two-stage multisplitting methods. The first algorithm is based on asynchronous model which allows the communications to be overlapped by computations and reduces the idle times resulting from the synchronizations. So in the asynchronous mode, our two-stage algorithm uses asynchronous outer iterations and asynchronous communications between clusters. The communications (i.e. lines~\ref{send} and~\ref{recv} in Figure~\ref{alg:01}) are performed by message passing using MPI non-blocking communication routines. The convergence of the asynchronous iterations is detected when all clusters have locally converged
152 \begin{equation}
153 k\geq\MIM\mbox{~or~}\|x_\ell^{k+1}-x_\ell^k\|_{\infty }\leq\TOLM,
154 \label{eq:04}
155 \end{equation}    
156 where $\MIM$ is the maximum number of outer iterations and $\TOLM$ is the tolerance threshold for the two-stage algorithm. 
157
158 The second two-stage algorithm is based on synchronous outer iterations. We propose to use the Krylov iteration based on residual minimization to improve the slow convergence of the multisplitting methods. In this case, a $n\times s$ matrix $S$ is set using solutions issued from the inner iteration 
159 \begin{equation}
160 S=[x^1,x^2,\ldots,x^s],~s\ll n.
161 \label{eq:05}
162 \end{equation}   
163 At each $s$ outer iterations, the algorithm computes a new approximation $\tilde{x}=S\alpha$ which minimizes the residual
164 \begin{equation}
165 \min_{\alpha\in\mathbb{R}^s}{\|b-AS\alpha\|_2}.
166 \label{eq:06}
167 \end{equation} 
168 The algorithm in Figure~\ref{alg:02} includes the procedure of the residual minimization and the outer iteration is restarted with a new approximation $\tilde{x}$ at every $s$ iterations. The least-squares problem~(\ref{eq:06}) is solved in parallel by all clusters using CGLS method~\cite{Hestenes52} such that $\MIC$ is the maximum number of iterations and $\TOLC$ is the tolerance threshold for this method (line~\ref{cgls} in Figure~\ref{alg:02}).
169  
170 \begin{figure}[t]
171 %\begin{algorithm}[t]
172 %\caption{Krylov two-stage method using block Jacobi multisplitting}
173 \begin{algorithmic}[1]
174   \Input $A_\ell$ (sparse matrix), $b_\ell$ (right-hand side)
175   \Output $x_\ell$ (solution vector)\vspace{0.2cm}
176   \State Set the initial guess $x^0$
177   \For {$k=1,2,3,\ldots$ until convergence}
178     \State $c_\ell=b_\ell-\sum_{m\neq\ell}A_{\ell m}x_m^{k-1}$
179     \State $x^k_\ell=Solve_{gmres}(A_{\ell\ell},c_\ell,x^{k-1}_\ell,\MIG,\TOLG)$
180     \State $S_{\ell,k\mod s}=x_\ell^k$
181     \If{$k\mod s = 0$}
182        \State $\alpha = Solve_{cgls}(AS,b,\MIC,\TOLC)$\label{cgls}
183        \State $\tilde{x_\ell}=S_\ell\alpha$
184        \State Send $\tilde{x_\ell}$ to neighboring clusters
185        \Else 
186          \State Send $x_\ell^k$ to neighboring clusters
187     \EndIf
188     \State Receive $\{x_m^k\}_{m\neq\ell}$ from neighboring clusters
189   \EndFor
190 \end{algorithmic}
191 \caption{Krylov two-stage method using block Jacobi multisplitting}
192 \label{alg:02}
193 %\end{algorithm} 
194 \end{figure}
195
196 \subsection{Simulation of two-stage methods using SimGrid framework}
197 \label{sec:04.02}
198
199 One of our objectives when simulating the application in SIMGRID is, as in real life, to get accurate results (solutions of the problem) but also ensure the test reproducibility under the same conditions.According our experience, very few modifications are required to adapt a MPI program to run in SIMGRID simulator using SMPI (Simulator MPI).The first modification is to include SMPI libraries and related header files (smpi.h). The second and important modification is to eliminate all global variables in moving them to local subroutine or using a Simgrid selector called "runtime automatic switching" (smpi/privatize\_global\_variables). Indeed, global variables can generate side effects on runtime between the threads running in the same process, generated by the Simgrid to simulate the grid environment.The last modification on the MPI program pointed out for some cases, the review of the sequence of the MPI\_Isend, MPI\_Irecv and MPI\_Waitall instructions which might cause an infinite loop.     
200
201
202 \paragraph{SIMGRID Simulator parameters}
203
204 \begin{itemize}
205         \item HOSTFILE: Hosts description file.
206         \item PLATFORM: File describing the platform architecture : clusters (CPU power,
207 \dots{}), intra cluster network description, inter cluster network (bandwidth bw,
208 lat latency, \dots{}).
209         \item ARCHI   : Grid computational description (Number of clusters, Number of 
210 nodes/processors for each cluster). 
211 \end{itemize}
212
213
214 In addition, the following arguments are given to the programs at runtime:
215
216 \begin{itemize}
217         \item Maximum number of inner and outer iterations;
218         \item Inner and outer precisions;
219         \item Matrix size (NX, NY and NZ);
220         \item Matrix diagonal value = 6.0;
221         \item Execution Mode: synchronous or asynchronous.
222 \end{itemize}
223
224 At last, note that the two solver algorithms have been executed with the Simgrid selector --cfg=smpi/running\_power which determine the computational power (here 19GFlops) of the simulator host machine.  
225
226 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
227 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
228
229 \section{Experimental, Results and Comments}
230
231
232 \subsection{Setup study and Methodology}
233
234 To conduct our study, we have put in place the following methodology 
235 which can be reused with any grid-enabled applications.
236
237 \textbf{Step 1} : Choose with the end users the class of algorithms or 
238 the application to be tested. Numerical parallel iterative algorithms 
239 have been chosen for the study in the paper. 
240
241 \textbf{Step 2} : Collect the software materials needed for the 
242 experimentation. In our case, we have three variants algorithms for the 
243 resolution of three 3D-Poisson problem: (1) using the classical GMRES alias Algo-1 in this 
244 paper, (2) using the multisplitting method alias Algo-2 and (3) an 
245 enhanced version of the multisplitting method as Algo-3. In addition, 
246 SIMGRID simulator has been chosen to simulate the behaviors of the 
247 distributed applications. SIMGRID is running on the Mesocentre 
248 datacenter in Franche-Comte University $[$10$]$ but also in a virtual 
249 machine on a laptop.
250
251 \textbf{Step 3} : Fix the criteria which will be used for the future 
252 results comparison and analysis. In the scope of this study, we retain 
253 in one hand the algorithm execution mode (synchronous and asynchronous) 
254 and in the other hand the execution time and the number of iterations of 
255 the application before obtaining the convergence.
256
257 \textbf{Step 4 }: Setup up the different grid testbeds environment 
258 which will be simulated in the simulator tool to run the program. The 
259 following architecture has been configured in Simgrid : 2x16 - that is a 
260 grid containing 2 clusters with 16 hosts (processors/cores) each -, 4x8, 
261 4x16, 8x8 and 2x50. The network has been designed to operate with a 
262 bandwidth equals to 10Gbits (resp. 1Gbits/s) and a latency of 8E-6 
263 microseconds (resp. 5E-5) for the intra-clusters links (resp. 
264 inter-clusters backbone links).
265
266 \textbf{Step 5}: Process an extensive and comprehensive testings 
267 within these configurations in varying the key parameters, especially 
268 the CPU power capacity, the network parameters and also the size of the 
269 input matrix. Note that some parameters should be invariant to allow the 
270 comparison like some program input arguments.
271
272 {Step 6} : Collect and analyze the output results.
273
274 \subsection{Factors impacting distributed applications performance in 
275 a grid environment}
276
277 From our previous experience on running distributed application in a 
278 computational grid, many factors are identified to have an impact on the 
279 program behavior and performance on this specific environment. Mainly, 
280 first of all, the architecture of the grid itself can obviously 
281 influence the performance results of the program. The performance gain 
282 might be important theoretically when the number of clusters and/or the 
283 number of nodes (processors/cores) in each individual cluster increase. 
284
285 Another important factor impacting the overall performance of the 
286 application is the network configuration. Two main network parameters 
287 can modify drastically the program output results : (i) the network 
288 bandwidth (bw=bits/s) also known as "the data-carrying capacity" 
289 $[$13$]$ of the network is defined as the maximum of data that can pass 
290 from one point to another in a unit of time. (ii) the network latency 
291 (lat : microsecond) defined as the delay from the start time to send the 
292 data from a source and the final time the destination have finished to 
293 receive it. Upon the network characteristics, another impacting factor 
294 is the application dependent volume of data exchanged between the nodes 
295 in the cluster and between distant clusters. Large volume of data can be 
296 transferred in transit between the clusters and nodes during the code 
297 execution. 
298
299  In a grid environment, it is common to distinguish in one hand, the 
300 "\,intra-network" which refers to the links between nodes within a 
301 cluster and in the other hand, the "\,inter-network" which is the 
302 backbone link between clusters. By design, these two networks perform 
303 with different speed. The intra-network generally works like a high 
304 speed local network with a high bandwith and very low latency. In 
305 opposite, the inter-network connects clusters sometime via heterogeneous 
306 networks components thru internet with a lower speed. The network 
307 between distant clusters might be a bottleneck for the global 
308 performance of the application. 
309
310 \subsection{Comparing GMRES and Multisplitting algorithms in 
311 synchronous mode}
312
313 In the scope of this paper, our first objective is to demonstrate the 
314 Algo-2 (Multisplitting method) shows a better performance in grid 
315 architecture compared with Algo-1 (Classical GMRES) both running in 
316 \textbf{\textit{synchronous mode}}. Better algorithm performance 
317 should mean a less number of iterations output and a less execution time 
318 before reaching the convergence. For a systematic study, the experiments 
319 should figure out that, for various grid parameters values, the 
320 simulator will confirm the targeted outcomes, particularly for poor and 
321 slow networks, focusing on the impact on the communication performance 
322 on the chosen class of algorithm $[$12$]$.
323
324 The following paragraphs present the test conditions, the output results 
325 and our comments.
326
327
328 \textit{3.a Executing the algorithms on various computational grid 
329 architecture scaling up the input matrix size}
330 \\
331
332 % environment
333 \begin{footnotesize}
334 \begin{tabular}{r c }
335  \hline  
336  Grid & 2x16, 4x8, 4x16 and 8x8\\ %\hline
337  Network & N2 : bw=1Gbs-lat=5E-05 \\ %\hline
338  Input matrix size & N$_{x}$ =150 x 150 x 150 and\\ %\hline
339  - & N$_{x}$ =170 x 170 x 170    \\ \hline
340  \end{tabular}
341 \end{footnotesize}
342
343
344  Table 1 : Clusters x Nodes with NX=150 or NX=170
345
346 %\RCE{J'ai voulu mettre les tableaux des données mais je pense que c'est inutile et ça va surcharger}
347
348
349 The results in figure 1 show the non-variation of the number of 
350 iterations of classical GMRES for a given input matrix size; it is not 
351 the case for the multisplitting method. 
352
353 %\begin{wrapfigure}{l}{60mm}
354 \begin{figure} [ht!]
355 \centering
356 \includegraphics[width=60mm]{cluster_x_nodes_nx_150_and_nx_170.pdf}
357 \caption{Cluster x Nodes NX=150 and NX=170} 
358 %\label{overflow}}
359 \end{figure}
360 %\end{wrapfigure}
361
362 Unless the 8x8 cluster, the time 
363 execution difference between the two algorithms is important when 
364 comparing between different grid architectures, even with the same number of 
365 processors (like 2x16 and 4x8 = 32 processors for example). The 
366 experiment concludes the low sensitivity of the multisplitting method 
367 (compared with the classical GMRES) when scaling up to higher input 
368 matrix size. 
369
370 \textit{3.b Running on various computational grid architecture}
371
372 % environment
373 \begin{footnotesize}
374 \begin{tabular}{r c }
375  \hline  
376  Grid & 2x16, 4x8\\ %\hline
377  Network & N1 : bw=10Gbs-lat=8E-06 \\ %\hline
378  - & N2 : bw=1Gbs-lat=5E-05 \\
379  Input matrix size & N$_{x}$ =150 x 150 x 150\\ \hline \\
380  \end{tabular}
381 \end{footnotesize}
382
383 %Table 2 : Clusters x Nodes - Networks N1 x N2
384 %\RCE{idem pour tous les tableaux de donnees}
385
386
387 %\begin{wrapfigure}{l}{60mm}
388 \begin{figure} [ht!]
389 \centering
390 \includegraphics[width=60mm]{cluster_x_nodes_n1_x_n2.pdf}
391 \caption{Cluster x Nodes N1 x N2}
392 %\label{overflow}}
393 \end{figure}
394 %\end{wrapfigure}
395
396 The experiments compare the behavior of the algorithms running first on 
397 speed inter- cluster network (N1) and a less performant network (N2). 
398 The figure 2 shows that end users will gain to reduce the execution time 
399 for both algorithms in using a grid architecture like 4x16 or 8x8: the 
400 performance was increased in a factor of 2. The results depict also that 
401 when the network speed drops down, the difference between the execution 
402 times can reach more than 25\%. 
403
404 \textit{3.c Network latency impacts on performance}
405
406 % environment
407 \begin{footnotesize}
408 \begin{tabular}{r c }
409  \hline  
410  Grid & 2x16\\ %\hline
411  Network & N1 : bw=1Gbs \\ %\hline
412  Input matrix size & N$_{x}$ =150 x 150 x 150\\ \hline\\
413  \end{tabular}
414 \end{footnotesize}
415
416 Table 3 : Network latency impact
417
418
419 \begin{figure} [ht!]
420 \centering
421 \includegraphics[width=60mm]{network_latency_impact_on_execution_time.pdf}
422 \caption{Network latency impact on execution time}
423 %\label{overflow}}
424 \end{figure}
425
426
427 According the results in table and figure 3, degradation of the network 
428 latency from 8.10$^{-6}$ to 6.10$^{-5}$ implies an absolute time 
429 increase more than 75\% (resp. 82\%) of the execution for the classical 
430 GMRES (resp. multisplitting) algorithm. In addition, it appears that the 
431 multisplitting method tolerates more the network latency variation with 
432 a less rate increase. Consequently, in the worst case (lat=6.10$^{-5
433 }$), the execution time for GMRES is almost the double of the time for 
434 the multisplitting, even though, the performance was on the same order 
435 of magnitude with a latency of 8.10$^{-6}$. 
436
437 \textit{3.d Network bandwidth impacts on performance}
438
439 % environment
440 \begin{footnotesize}
441 \begin{tabular}{r c }
442  \hline  
443  Grid & 2x16\\ %\hline
444  Network & N1 : bw=1Gbs - lat=5E-05 \\ %\hline
445  Input matrix size & N$_{x}$ =150 x 150 x 150\\ \hline
446  \end{tabular}
447 \end{footnotesize}
448
449 Table 4 : Network bandwidth impact
450
451 \begin{figure} [ht!]
452 \centering
453 \includegraphics[width=60mm]{network_bandwith_impact_on_execution_time.pdf}
454 \caption{Network bandwith impact on execution time}
455 %\label{overflow}
456 \end{figure}
457
458
459
460 The results of increasing the network bandwidth depict the improvement 
461 of the performance by reducing the execution time for both of the two 
462 algorithms. However, and again in this case, the multisplitting method 
463 presents a better performance in the considered bandwidth interval with 
464 a gain of 40\% which is only around 24\% for classical GMRES.
465
466 \textit{3.e Input matrix size impacts on performance}
467
468 % environment
469 \begin{footnotesize}
470 \begin{tabular}{r c }
471  \hline  
472  Grid & 4x8\\ %\hline
473  Network & N2 : bw=1Gbs - lat=5E-05 \\ %\hline
474  Input matrix size & N$_{x}$ = From 40 to 200\\ \hline
475  \end{tabular}
476 \end{footnotesize}
477
478 Table 5 : Input matrix size impact
479
480 \begin{figure} [ht!]
481 \centering
482 \includegraphics[width=60mm]{pb_size_impact_on_execution_time.pdf}
483 \caption{Pb size impact on execution time}
484 %\label{overflow}}
485 \end{figure}
486
487 In this experimentation, the input matrix size has been set from 
488 Nx=Ny=Nz=40 to 200 side elements that is from 40$^{3}$ = 64.000 to 
489 200$^{3}$ = 8.000.000 points. Obviously, as shown in the figure 5, 
490 the execution time for the algorithms convergence increases with the 
491 input matrix size. But the interesting result here direct on (i) the 
492 drastic increase (300 times) of the number of iterations needed before 
493 the convergence for the classical GMRES algorithm when the matrix size 
494 go beyond Nx=150; (ii) the classical GMRES execution time also almost 
495 the double from Nx=140 compared with the convergence time of the 
496 multisplitting method. These findings may help a lot end users to setup 
497 the best and the optimal targeted environment for the application 
498 deployment when focusing on the problem size scale up. Note that the 
499 same test has been done with the grid 2x16 getting the same conclusion.
500
501 \textit{3.f CPU Power impact on performance}
502
503 % environment
504 \begin{footnotesize}
505 \begin{tabular}{r c }
506  \hline  
507  Grid & 2x16\\ %\hline
508  Network & N2 : bw=1Gbs - lat=5E-05 \\ %\hline
509  Input matrix size & N$_{x}$ = 150 x 150 x 150\\ \hline
510  \end{tabular}
511 \end{footnotesize}
512
513 Table 6 : CPU Power impact
514
515 \begin{figure} [ht!]
516 \centering
517 \includegraphics[width=60mm]{cpu_power_impact_on_execution_time.pdf}
518 \caption{CPU Power impact on execution time}
519 %\label{overflow}}
520 \end{figure}
521
522 Using the SIMGRID simulator flexibility, we have tried to determine the 
523 impact on the algorithms performance in varying the CPU power of the 
524 clusters nodes from 1 to 19 GFlops. The outputs depicted in the figure 6 
525 confirm the performance gain, around 95\% for both of the two methods, 
526 after adding more powerful CPU. Note that the execution time axis in the 
527 figure is in logarithmic scale.
528
529 \subsection{Comparing GMRES in native synchronous mode and 
530 Multisplitting algorithms in asynchronous mode}
531
532 The previous paragraphs put in evidence the interests to simulate the 
533 behavior of the application before any deployment in a real environment. 
534 We have focused the study on analyzing the performance in varying the 
535 key factors impacting the results. In the same line, the study compares 
536 the performance of the two proposed methods in \textbf{synchronous mode
537 }. In this section, with the same previous methodology, the goal is to 
538 demonstrate the efficiency of the multisplitting method in \textbf{
539 asynchronous mode} compare with the classical GMRES staying in the 
540 synchronous mode.
541
542 Note that the interest of using the asynchronous mode for data exchange 
543 is mainly, in opposite of the synchronous mode, the non-wait aspects of 
544 the current computation after a communication operation like sending 
545 some data between nodes. Each processor can continue their local 
546 calculation without waiting for the end of the communication. Thus, the 
547 asynchronous may theoretically reduce the overall execution time and can 
548 improve the algorithm performance.
549
550 As stated supra, SIMGRID simulator tool has been used to prove the 
551 efficiency of the multisplitting in asynchronous mode and to find the 
552 best combination of the grid resources (CPU, Network, input matrix size, 
553 \ldots ) to get the highest "\,relative gain" in comparison with the 
554 classical GMRES time. 
555
556
557 The test conditions are summarized in the table below : 
558
559 % environment
560 \begin{footnotesize}
561 \begin{tabular}{r c }
562  \hline  
563  Grid & 2x50 totaling 100 processors\\ %\hline
564  Processors & 1 GFlops to 1.5 GFlops\\
565    Intra-Network & bw=1.25 Gbits - lat=5E-05 \\ %\hline
566    Inter-Network & bw=5 Mbits - lat=2E-02\\
567  Input matrix size & N$_{x}$ = From 62 to 150\\ %\hline
568  Residual error precision: 10$^{-5}$ to 10$^{-9}$\\ \hline
569  \end{tabular}
570 \end{footnotesize}
571
572 Again, comprehensive and extensive tests have been conducted varying the 
573 CPU power and the network parameters (bandwidth and latency) in the 
574 simulator tool with different problem size. The relative gains greater 
575 than 1 between the two algorithms have been captured after each step of 
576 the test. Table I below has recorded the best grid configurations 
577 allowing a multiplitting method time more than 2.5 times lower than 
578 classical GMRES execution and convergence time. The finding thru this 
579 experimentation is the tolerance of the multisplitting method under a 
580 low speed network that we encounter usually with distant clusters thru the 
581 internet.
582
583 % use the same column width for the following three tables
584 \newlength{\mytablew}\settowidth{\mytablew}{\footnotesize\np{E-11}}
585 \newenvironment{mytable}[1]{% #1: number of columns for data
586   \renewcommand{\arraystretch}{1.3}%
587   \begin{tabular}{|>{\bfseries}r%
588                   |*{#1}{>{\centering\arraybackslash}p{\mytablew}|}}}{%
589     \end{tabular}}
590
591 \begin{table}[!t]
592   \centering
593   \caption{Relative gain of the multisplitting algorithm compared with 
594 the classical GMRES}
595   \label{"Table 7"}
596
597   \begin{mytable}{6}
598     \hline
599     bandwidth (Mbit/s)
600     & 5         & 5         & 5         & 5         & 5 \\
601     \hline
602     latency (ms)
603     & 20      & 20      & 20      & 20      & 20 \\
604     \hline
605     power (GFlops)
606     & 1         & 1         & 1         & 1.5       & 1.5 \\
607     \hline
608     size (N)
609     & 62        & 62        & 62        & 100       & 100 \\
610     \hline
611     Precision
612     & \np{E-5}  & \np{E-8}  & \np{E-9}  & \np{E-11} & \np{E-11} \\
613     \hline
614     Relative gain
615     & 2.52     & 2.55     & 2.52     & 2.57     & 2.54 \\
616     \hline
617   \end{mytable}
618
619   \smallskip
620
621   \begin{mytable}{6}
622     \hline
623     bandwidth (Mbit/s)
624     & 50        & 50        & 50        & 50        & 50 \\
625     \hline
626     latency (ms)
627     & 20      & 20      & 20      & 20      & 20 \\
628     \hline
629     power (GFlops)
630     & 1.5         & 1.5         & 1         & 1.5       & 1.5 \\
631     \hline
632     size (N)
633     & 110       & 120       & 130       & 140       & 150 \\
634     \hline
635     Precision
636     & \np{E-11} & \np{E-11} & \np{E-11} & \np{E-11} & \np{E-11}\\
637     \hline
638     Relative gain
639     & 2.53     & 2.51     & 2.58     & 2.55     & 2.54 \\
640     \hline
641   \end{mytable}
642 \end{table}
643
644 \section{Conclusion}
645 CONCLUSION
646
647
648 \section*{Acknowledgment}
649
650
651 The authors would like to thank\dots{}
652
653
654 \bibliographystyle{wileyj}
655 \bibliography{biblio}
656
657 \end{document}
658
659 %%% Local Variables:
660 %%% mode: latex
661 %%% TeX-master: t
662 %%% fill-column: 80
663 %%% ispell-local-dictionary: "american"
664 %%% End: