In 2008, Maday and Ronquist introduced an interesting new approach for the direct parallel-in-time (PinT) solution of time-dependent PDEs. The idea is to diagonalize the time stepping matrix, keeping the matrices for the space discretization unchanged, and then to solve all time steps in parallel. Since then, several variants appeared, and we call these closely related algorithms ParaDiag algorithms. ParaDiagalgorithms in the literature can be classified into two groups: ParaDiag-I: direct standalone solvers, ParaDiag-II: iterative solvers. We will explain the basic features of each group in this note. To have concrete examples, we will introduce ParaDiag-I and ParaDiag-II for the advection-diffusion equation. We will also introduce ParaDiag-II for the wave equation and an optimal control problem for the wave equation. We could have used the advection-diffusion equation as well to illustrate ParaDiag-II, but wave equations are known to cause problems for certain PinT algorithms and thus constitute an especially interesting example for which ParaDiag algorithms were tested. We show the main known theoretical results in each case, and also provide Matlab codes for testing. The goal of the Matlab codes is to help the interested reader understand the key features of the ParaDiag algorithms, without intention to be highly tuned for efficiency and/or low memory use. We also provide speedup measurements of ParaDiag algorithms for a 2D linear advection-diffusion equation. These results are obtained on the Tianhe-1 supercomputer in China and the SIUE Campus Cluster in the US and and we compare these results to the performance of parareal and MGRiT, two widely used PinT algorithms.


翻译:2008年, Maday 和 Ronquist 引入了一种有趣的新方法, 用于对基于时间的 PDE 进行直接平行测量( PinT ) 。 我们将在本说明中解释每个组的基本特征。 要用具体的例子, 我们将引入 Para Diag- I 和 Para Diag- II 来调整空间离散矩阵, 然后再同时解决所有时间步骤 。 从那以后, 出现了几个变量, 我们称之为这些密切相关的算法 ParaDigal 算法。 ParaDigalgorithms 可以分为两个组: Para Diag- I : 直接独立解算器, Para Diag- II: 迭代数解答器。 我们将会解释每个组的基本特征。 PaDiag- I 和 Para Diag- II 的解算法, 我们也可以使用调算法解算法来说明 PinT 的直线解算法和 Sali- dalational- realations 。

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