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基于GPU的混合精度平方根共轭梯度算法
引用本文:李熙铭,欧阳丹彤,白洪涛. 基于GPU的混合精度平方根共轭梯度算法[J]. 仪器仪表学报, 2012, 33(1): 97-104
作者姓名:李熙铭  欧阳丹彤  白洪涛
作者单位:1. 吉林大学计算机科学与技术学院 长春 130012;吉林大学符号计算与知识工程教育部重点实验室 长春 130012
2. 吉林大学符号计算与知识工程教育部重点实验室 长春 130012;吉林大学公共计算机教学与研究中心 长春 130012;吉林大学地球探测科学与技术学院 长春 130026
基金项目:国家自然科学基金,吉林省科技发展计划项目基金,欧盟合作项目,国家教育部博士点专项基金,吉林大学符号计算与知识工程教育部重点实验室开放项目,吉林大学科学前沿与交叉学科创新项目
摘    要:针对当前基于GPU的数值算法具有双精度数据性能低下的缺陷.提出了一种适于GPU统一计算架构Fermi-CUDA的混合精度平方根共轭梯度算法用以求解稀疏线性方程组.该算法采用单精度内迭代与双精度外迭代结合的方法,以充分利用GPU体系结构下单精度高性能和双精度高精度的优点.整个算法的计算部分完全在GPU端进行,减少了CPU和GPU之间的数据通信.实现了基于GPU的平方根共轭梯度法、Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法,分析它们作为内迭代算子对算法收敛性的影响.实验表明,该算法获得了与全双精度数据处理等同的计算精度,比GPU全双精度在浮点性能上提升近一倍,相对于CPU全双精度串行算法,最大加速比达到70以上.

关 键 词:线性方程组  平方根共轭梯度算法  内外迭代子  混合精度  图形处理器

Mixed precision CGS algorithm based on GPU
Li Ximing , Ouyang Dantong , Bai Hongtao. Mixed precision CGS algorithm based on GPU[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2012, 33(1): 97-104
Authors:Li Ximing    Ouyang Dantong    Bai Hongtao
Affiliation:2,3,4(1 College of Computer Science and Technology,Jilin University,Changchun 130012,China; 2 Key Laboratory of Symbolic Computation and Knowledge Engineering of Ministry of Education,Jilin University, Changchun 130012,China;3 Center for Computer Fundamental Education,Jilin University,Changchun,130012,China; 4 College of Earth Survey Science and Technology,Jilin University,Changchun 130026,China)
Abstract:GPU-based numerical algorithms have the shortcoming of low performance for double precision.We suggest a mixed precision conjugate gradient squared algorithm suitable for the GPU of Fermi-CUDA to solve sparse linear equations.The scheme uses a combination of single-precision inner iteration and double-precision outer iteration to take the advantages of efficient single-precision operation and accurate double-precision operation under the GPU structure.The calculation of the algorithm is implemented entirely on the GPU,which reduces the data transfer between CPU and GPU.Conjugate gradient squared algorithm,Jacobi iteration method and Gauss-Seidel iteration method based on GPU are implemented;and as inner iteration operators,their influence on the convergence of the whole process is analyzed.Experiments indicate that the mixed precision scheme maintains the native double-precision accuracy of data processing.At the same time,the floating point accuracy is improved by a factor of 2 compared with that using double-precision alone,and the maximum speedup ratio reaches to more than 70.
Keywords:linear equations  CGS algorithm  inner and outer iteration  mixed precision  graphics processing unit
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