Adaptive Precision Sparse Matrix–Vector Product and Its Application to Krylov Solvers

稀疏矩阵 算法 舍入 基质(化学分析) 计算机科学 趋同(经济学) 数学 迭代求精 线性系统 操作系统 物理 数学分析 量子力学 复合材料 经济 高斯分布 材料科学 经济增长
作者
Stef Graillat,Fabienne Jézéquel,Théo Mary,Roméo Molina
出处
期刊:SIAM Journal on Scientific Computing [Society for Industrial and Applied Mathematics]
卷期号:46 (1): C30-C56 被引量:4
标识
DOI:10.1137/22m1522619
摘要

.We introduce a mixed precision algorithm for computing sparse matrix-vector products and use it to accelerate the solution of sparse linear systems by iterative methods. Our approach is based on the idea of adapting the precision of each matrix element to their magnitude: we split the elements into buckets and use progressively lower precisions for the buckets of progressively smaller elements. We carry out a rounding error analysis of this algorithm that provides us with an explicit rule to decide which element goes into which bucket and allows us to rigorously control the accuracy of the algorithm. We implement the algorithm on a multicore computer and obtain significant speedups (up to a factor \(7\times\)) with respect to uniform precision algorithms, without loss of accuracy, on a range of sparse matrices from real-life applications. We showcase the effectiveness of our algorithm by plugging it into various Krylov solvers for sparse linear systems and observe that the convergence of the solution is essentially unaffected by the use of adaptive precision.Keywordsmixed precisionadaptive precisionmultiple precisionmatrix–vector productsparse matrixSpMVnumerical linear algebrarounding error analysisfloating-point arithmeticKrylov solverGMRESCGBiCGstabiterative solverlinear systemMSC codes65G5065F0565F0865F5065F10
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