Parallel computing in Gaussian process calculations becomes necessary for avoiding computational and memory restrictions associated with large-scale environmental data science applications. The evaluation of the Gaussian log-likelihood function requires O(n^2) storage and O(n^3) operations where n is the number of geographical locations. Thus, computing the log-likelihood function with a large number of locations requires exploiting the power of existing parallel computing hardware systems, such as shared-memory, possibly equipped with GPUs, and distributed-memory systems, to solve this computational complexity. In this paper, we advocate the use of ExaGeoStatR, a package for exascale Geostatistics in R that supports a parallel computation of the exact maximum likelihood function on a wide variety of parallel architectures. Parallelization in ExaGeoStatR depends on breaking down the numerical linear algebra operations in the log-likelihood function into a set of tasks and rendering them for a task-based programming model. The package can be used directly through the R environment on parallel systems. Currently, ExaGeoStatR supports several maximum likelihood computation variants such as exact, Diagonal Super Tile (DST), Tile Low-Rank (TLR) approximations, and Mixed-Precision (MP). ExaGeoStatR also provides a tool to simulate large-scale synthetic datasets. These datasets can help to assess different implementations of the maximum log-likelihood approximation methods. Here, we demonstrate ExaGeoStatR by illustrating its implementation details, analyzing its performance on various parallel architectures, and assessing its accuracy using synthetic datasets with up to 250K observations. We provide a hands-on tutorial to analyze a sea surface temperature real dataset. The performance evaluation involves comparisons with the popular packages geoR and fields for exact likelihood evaluation.


翻译:高尔西亚进程计算中的平行计算对于避免与大规模环境数据科学应用相关的计算和记忆限制是必要的。 评估高尔西亚日志类相似功能需要 O (n) 2 存储和 O (n) 3 运行, 其中n 是多个地理位置。 因此, 计算日志类功能时需要大量地点。 因此, 计算日志类功能时需要利用现有的平行计算机硬件系统的力量, 如共享模拟, 可能配有 GPU 和分布式模拟系统, 以解决这一计算复杂性。 在本文中, 我们提倡使用 ExaGeoStatR, 用于罗列日志( ExaGeoStatR) 的缩略数据, 支持平行计算大量平行结构中准确最大可能性函数。 ExaGeoStatR 的平行功能取决于将日志中数值直线值的测值运行到一组任务, 将其用于基于任务的编程的编程模型。 包可以直接在平行系统中展示我们 。 目前, ExGea- RationSta R) 里 的Starial AS 高级运算中, 其最大概率数据变变变数 数据 。

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