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Development of a hierarchical parallel numerical algorithm for saddle point problems

Research Project

Project/Area Number 20K11840
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60090:High performance computing-related
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

Tadano Hiroto  筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (50507845)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords鞍点型連立一次方程式 / 階層並列型数値解法 / ブロッククリロフ部分空間反復法
Outline of Research at the Start

本研究では、鞍点型連立一次方程式に対する階層並列性をもつ数値解法を開発する。提案手法の計算主要部は、複数右辺ベクトルをもつ連立一次方程式の求解部分である。この方程式の求解部分の性能評価を行うとともに、求解に用いるブロッククリロフ部分空間反復法の性能向上、前処理法についても研究を進める。また、並列計算環境において提案手法の実装を行い、提案手法が並列計算環境に対して親和性の高い解法であることを示す。さらに、応用分野における鞍点型連立一次方程式に対して提案手法を適用し、その有効性を実証する。

Outline of Final Research Achievements

Saddle point problems appear in many application areas, and a fast solver for these problems is needed. In this research project, we constructed a hierarchical parallel solver for these problems and developed a parallel computing code. We evaluated the parallel performance of this code on the Cygnus Supercomputer, operated at the Center for Computational Sciences, University of Tsukuba, and demonstrated that this solver is suitable for parallel computing environments. In addition, we also developed a highly accurate numerical solver for linear systems with multiple right-hand sides, which is needed in the hierarchical parallel solver.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題を通して,鞍点型連立一次方程式の階層並列型数値解法を開発することにより,同方程式の反復法による求解難度を下げることができたとともに,並列計算環境に適した手法を構築することができた.また,複数右辺ベクトルをもつ連立一次方程式の高精度数値解法を開発することにより,本研究課題の内容にとどまらず他の分野に対しても貢献できる.

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Development and performance evaluation of the Block-product type iterative methods with the variable grouping strategy2024

    • Author(s)
      Tadano Hiroto
    • Journal Title

      Journal of Advanced Simulation in Science and Engineering

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 32-53

    • DOI

      10.15748/jasse.11.32

    • ISSN
      2188-5303
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Implementation and performance evaluation of a hierarchical parallel solver for saddle point problems on a GPU cluster2023

    • Author(s)
      Tadano Hiroto
    • Journal Title

      Journal of Advanced Simulation in Science and Engineering

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 116-131

    • DOI

      10.15748/jasse.10.116

    • ISSN
      2188-5303
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Application and performance evaluation of a method using block structures for saddle point problems appearing in image reconstruction problems2022

    • Author(s)
      Ishikawa Shota, Tadano Hiroto, Saitoh Ayumu
    • Journal Title

      JSIAM Letters

      Volume: 14 Issue: 0 Pages: 115-118

    • DOI

      10.14495/jsiaml.14.115

    • ISSN
      1883-0609, 1883-0617
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An efficient approach for solving saddle point problems using block structure2021

    • Author(s)
      Hiroto Tadano, Shota Ishikawa
    • Journal Title

      Journal of Advanced Simulation in Science and Engineering

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 114-127

    • DOI

      10.15748/jasse.8.114

    • NAID

      130008025279

    • ISSN
      2188-5303
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Accuracy improvement of approximate solutions generated by the method for solving saddle point problems using block structure2021

    • Author(s)
      Hiroto Tadano, Shota Ishikawa
    • Journal Title

      Proc. of 19th biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC 2020)

      Volume: -

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 鞍点型連立一次方程式の階層並列型解法に対する漸化式動的グループ化反復法の適用と性能評価2024

    • Author(s)
      多田野 寛人
    • Organizer
      日本応用数理学会第20回研究部会連合発表会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Development and performance evaluation of the Block GPBiCGrQ method with variable grouping strategy2023

    • Author(s)
      Hiroto Tadano
    • Organizer
      The 42nd JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST2023)
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 鞍点型連立一次方程式に対する階層並列型数値解法のGPUによる高速化2023

    • Author(s)
      多田野 寛人
    • Organizer
      【非線形問題の高性能解法と可視化技術に関する研究会】2022年度第1回研究会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 漸化式の可変的グループ化によるBlock GWBiCGSTAB法の性能改善2023

    • Author(s)
      齋藤 颯人, 多田野 寛人
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      【非線形問題の高性能解法と可視化技術に関する研究会】2022年度第1回研究会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Implementation of a hierarchical parallel solver for saddle point problems on a GPU cluster2022

    • Author(s)
      Hiroto Tadano
    • Organizer
      The 41st JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST2022)
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 複数右辺連立一次方程式に対するブロック・グローバル混合型反復法の構築と性能評価2022

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      菅沼 夏樹, 多田野 寛人
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      日本応用数理学会2022年度年会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] GPUクラスタにおける鞍点型連立一次方程式に対する階層並列型解法の実装と性能評価2022

    • Author(s)
      多田野 寛人
    • Organizer
      日本応用数理学会2022年度年会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Parallel implementation of the approach for solving saddle point problems using block structure2021

    • Author(s)
      Hiroto Tadano
    • Organizer
      The 40th JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST 2021)
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Group-wise更新によるBlock GPBiCG法の近似解精度改善2021

    • Author(s)
      多田野 寛人, 倉本 亮世
    • Organizer
      日本応用数理学会2021年度年会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 画像再構成問題で現れる鞍点型連立一次方程式に対するブロック構造を利用した前処理の適用と性能評価2021

    • Author(s)
      石川 翔大, 多田野 寛人, 齋藤 歩
    • Organizer
      日本応用数理学会2021年度年会
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  • [Presentation] 3次元モデル再構成問題に現れる鞍点型連立一次方程式に対する前処理付き反復法の性能評価2021

    • Author(s)
      石川 翔大, 多田野 寛人, 齋藤 歩
    • Organizer
      日本応用数理学会 第17回研究部会連合発表会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 3次元モデル再構成問題に現れる鞍点型連立一次方程式の求解高速化2021

    • Author(s)
      石川 翔大, 多田野 寛人, 齋藤 歩
    • Organizer
      【非線形問題の解法と可視化に関する研究会】2020年度第1回研究会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] A Numerical Study on the Acceleration of Solution of Saddle Point Problems by Using Block Krylov Subspace Methods2020

    • Author(s)
      Hiroto Tadano, Shota Ishikawa
    • Organizer
      19th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC 2020)
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3次元モデル再構成問題に現れる鞍点型連立一次方程式に対する前処理付き反復法の開発2020

    • Author(s)
      石川 翔大, 多田野 寛人, 齋藤 歩
    • Organizer
      日本応用数理学会「行列・固有値問題の解法とその応用」研究部会 第30回研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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