Decomposing matrix A into a lower matrix L and an upper matrix U, which is also known as LU decomposition, is an essential operation in numerical linear algebra. For a sparse matrix, LU decomposition often introduces more nonzero entries in the L and U factors than in the original matrix. A symbolic factorization step is needed to identify the nonzero structures of L and U matrices. Attracted by the enormous potentials of the Graphics Processing Units (GPUs), an array of efforts have surged to deploy various LU factorization steps except for the symbolic factorization, to the best of our knowledge, on GPUs. This paper introduces gSoFa, the first GPU-based Symbolic factorization design with the following three optimizations to enable scalable LU symbolic factorization for nonsymmetric pattern sparse matrices on GPUs. First, we introduce a novel fine-grained parallel symbolic factorization algorithm that is well suited for the Single Instruction Multiple Thread (SIMT) architecture of GPUs. Second, we tailor supernode detection into a SIMT friendly process and strive to balance the workload, minimize the communication and saturate the GPU computing resources during supernode detection. Third, we introduce a three-pronged optimization to reduce the excessive space consumption problem faced by multi-source concurrent symbolic factorization. Taken together, gSoFa achieves up to 31x speedup from 1 to 44 Summit nodes (6 to 264 GPUs) and outperforms the state-of-the-art CPU project, on average, by 5x. Notably, gSoFa also achieves {up to 47%} of the peak memory throughput of a V100 GPU in Summit.


翻译:将矩阵 A 分解成较低的矩阵 L 和 上矩阵 U, 也称为 LU 分解, 是数值线性代数中的一项基本操作。 对于一个稀疏的矩阵, LU 分解往往在 L 和 U 系数中引入比原始矩阵中更多的非零条目。 需要用象征性的因数化步骤来识别 L 和 U 矩阵的非零结构。 由于图形处理股( GPU ) 的巨大潜力所吸引, 除符号化因子化之外, 各种LU 的因数化步骤已经激增, 是我们所了解的GPU 中最起码的。 本文引入了 gFA, 首个基于 GPU 的符号化因数化因数设计了 gFA, 有三个优化的 GUUU, 最小化了 GPU 模式的缩略微因数 。 首先, 我们引入了一个新的细微的平行的平行的符号化代数 。 第二, 我们将47 的超额探测器化到 SIMT 的 S- PLO 快速化过程, 实现 3 递化 任务中 的 。

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