Combined MPI+threads parallel implementation of the block method for heat-transfer simulation in structurally inhomogeneous media

Authors

  • D.B. Volkov-Bogorodsky
  • G.B. Sushko
  • S.A. Kharchenko

Keywords:

analytical methods
approximation
parallel computing
iterative methods
distributed and shared memory

Abstract

Combined MPI+threads parallel algorithms are developed to approximate the solutions of the nonstationary heat conductivity equation with phase transition by the analytical block method. The block method is based on the approximation of the solution to a boundary value problem by the special functions that are the fundamental solutions of the Helmholtz equation. As a result, there appear block systems of linear algebraic equations with block sparse structures and dense submatrices. Intensive computations with dense submatrices are parallelized on the basis of threads with the use of shared memory. Relatively independent computations with block sparse structures are parallelized on distributed memory with the aid of MPI. Such a combined approach to the organization of parallel computing allows one to efficiently use the heterogeneous memory structure in the modern cluster systems. The paper was prepared on the basis of the authors’ report at the International Conference on Parallel Computing Technologies (PaVT-2010; http://agora.guru.ru/pavt).


Published

2010-04-05

Issue

Section

Section 1. Numerical methods and applications

Author Biographies

D.B. Volkov-Bogorodsky

G.B. Sushko

S.A. Kharchenko


References

  1. Волков-Богородский Д.Б. Разработка блочного аналитико-численного метода решения задач механики и акустики // Тр. школы-семинара «Композиционные материалы». М.: ИПРИМ РАН, 2000. 44-56.
  2. Волков-Богородский Д.Б. Подход к задачам о взаимодействии акустической и упругой среды с помощью блочного метода мультиполей // Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред. Материалы XI Международного симпозиума. 2. М.: МАИ, 2005. 17-22.
  3. Волков-Богородский Д.Б. О вычислении эффективных характеристик композиционных материалов с помощью блочного аналитико-численного метода // Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред. Материалы XII Международного симпозиума. Избранные доклады. М.: МАИ, 2006. 41-47.
  4. Волков-Богородский Д.Б., Харченко С.А. Параллельные вычисления в методе блоков для связных задач волновой виброакустики // Тр. Международной научной конференции «Параллельные вычислительные технологии», Санкт-Петербург, 28 января-1 февраля 2008. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. 347-352.
  5. Волков-Богородский Д.Б. Применение аналитических расчетов на основе метода блоков в связных задачах механики сплошных сред // Прикладные исследования в механике. Тр. Всероссийской научно-практической конференции «Инженерные системы-2008». Москва, 7-11 апреля 2008. М.: Российский университет дружбы народов, 2008. 123-138.
  6. Бахвалов Н.С., Панасенко Г.П. Осреднение процессов в периодических средах. М.: Наука, 1984.
  7. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964.
  8. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.
  9. Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции. 2. М.: Наука, 1974.
  10. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977.
  11. Kaporin I.E. High quality preconditioning of a general symmetric positive definite matrix based on its decomposition // Numer. Linear Algebra Appl. 1998. 5. 483-509.
  12. Saad Y., Schultz M.H. GMRES: A generalized minimum residual algorithm for solving non-symmetric linear systems // SIAM J. Sci. Comput. 1986. 7. 856-869.
  13. Сушко Г.Б., Харченко С.А. Экспериментальное исследование на СКИФ МГУ «Чебышев» комбинированной MPI+threads реализации алгоритма решения систем линейных уравнений, возникающих во FlowVision при моделировании задач вычислительной гидродинамики // Тр. Международной научной конференции «Параллельные вычислительные технологии». Нижний Новгород, 30 марта-3 апреля 2009. Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2009. 316-324.
  14. George A., Liu J.W. Computer solution of large sparse positive definite systems. Prentice-Hall: Englewood Cliffs, 1981.
  15. Харченко С.А. Влияние распараллеливания вычислений с поверхностными межпроцессорными границами на масштабируемость параллельного итерационного алгоритма решения систем линейных уравнений на примере уравнений вычислительной гидродинамики // Тр. Международной научной конференции «Параллельные вычислительные технологии». Санкт-Петербург, 28 января-1 февраля 2008. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. 494-499.