Low-Order Finite Element Solver with Small Matrix-Matrix Multiplication Accelerated by AI-Specific Hardware for Crustal Deformation Computation
Low-Order Finite Element Solver with Small Matrix-Matrix Multiplication Accelerated by AI-Specific Hardware for Crustal Deformation Computation
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具有小矩阵-矩阵乘法的低阶有限元求解器，由 AI 专用硬件加速，用于地壳变形计算
DOI：
10.1145/3394277.3401860
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Ueda Naonori
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yamaguchi Takuma;Fujita Kohei;Ichimura Tsuyoshi;Naruse Akira;Wells Jack C.;Zimmer Christopher J.;Straatsma Tjerk P.;Hori Muneo;Maddegedara Lalith;Ueda Naonori
本研究通过在Volta GPU上应用Tensor Core （ai专用硬件），提出了一种用于地壳变形计算的快速低阶有限元求解器。张量核心能够以半精度快速计算大矩阵-矩阵乘法。我们重新设计了最先进的求解器算法，以便可以使用低精度的数据类型，并且即使在使用小矩阵时也可以降低内存访问成本。利用Summit的36个计算节点，求解了模拟地壳和地幔的130亿个自由度双层问题。在矩阵-向量内核中，我们在单精度格式下获得了比标准内核快4.1倍的加速。我们提出的求解器增加了整个求解器的FLOP计数；然而，由于Tensor Core提供了高效的性能，我们将求解时间缩短了1.7倍。
This study proposes a fast low-order finite element solver for crustal deformation computations by applying Tensor Core, AI-specific hardware on a Volta GPU. Tensor Core can compute large matrix-matrix multiplications rapidly in half precision. We redesign a state-of-the-art solver algorithm so that lower-precision data types can be used and memory access costs can be reduced even when we use small matrices. With the proposed solver, we solved 13 billion degrees-of-freedom two-layered problems that mimicked the Earth's crust and mantle using 36 compute nodes of Summit. In the matrix-vector kernel, we obtained a 4.1-fold speedup over a standard kernel in a single-precision format. Our proposed solver increased the FLOP count of the entire solver; however, we reduced the time-to-solution by 1.7-fold since the Tensor Core provided a high effective performance.
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影响因子：
3
作者：
T. Ichimura;M. Hori;Hiroyuki Kuwamoto
通讯作者：
T. Ichimura;M. Hori;Hiroyuki Kuwamoto
DOI：
10.1137/1.9780898718003
发表时间：
2003-05
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
Y. Saad
通讯作者：
Y. Saad
地球物理有限元模拟工具 (GeoFEST)：准静态区域断层地壳问题的算法和验证
DOI：
--
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
--
作者：
J. Parker;G. Lyzenga;C. Norton;C. Zuffada;M. Glasscoe;J. Lou;A. Donnellan
通讯作者：
A. Donnellan
DOI：
10.1109/sc.2018.00052
发表时间：
2018-11
期刊：
SC18: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis
影响因子：
--
作者：
T. Ichimura;K. Fujita;Takuma Yamaguchi;Akira Naruse;J. Wells;T. Schulthess;T. Straatsma;Christopher Z
通讯作者：
T. Ichimura;K. Fujita;Takuma Yamaguchi;Akira Naruse;J. Wells;T. Schulthess;T. Straatsma;Christopher Z
影响因子：
64.8
作者：
Aage, Niels;Andreassen, Erik;Sigmund, Ole
通讯作者：
Sigmund, Ole