Numerical simulations of quantum chromodynamics (QCD) on a lattice require the frequent solution of linear systems of equations with large, sparse and typically ill-conditioned matrices. Algebraic multigrid methods are meanwhile the standard for these difficult solves. Although the linear systems at the coarsest level of the multigrid hierarchy are much smaller than the ones at the finest level, they can be severely ill-conditioned, thus affecting the scalability of the whole solver. In this paper, we investigate different novel ways to enhance the coarsest-level solver and demonstrate their potential using DD-$\alpha$AMG, one of the publicly available algebraic multigrid solvers for lattice QCD. We do this for two lattice discretizations, namely clover-improved Wilson and twisted mass. For both the combination of two of the investigated enhancements, deflation and polynomial preconditioning, yield significant improvements in the regime of small mass parameters. In the clover-improved Wilson case we observe a significantly improved insensitivity of the solver to conditioning, and for twisted mass we are able to get rid of a somewhat artificial increase of the twisted mass parameter on the coarsest level used so far to make the coarsest level solves converge more rapidly.


翻译:格点量子色动力学(QCD)的数值模拟需要频繁解决具有大、稀疏且通常病态的矩阵的线性方程组,代数多重网格方法是这些困难求解的标准方法。虽然多重网格层次结构最粗层的线性系统比最精细层次的要小得多,但它们可能严重病态,从而影响整个求解的可扩展性。在本文中,我们探讨了不同的方法来增强最粗层求解器,并使用 DD-$ \alpha $ AMG,即公开提供的一种用于晶格 QCD 的代数多重网格求解器,证明了它们的潜力。我们分别针对菜单玻子改进威尔逊和扭转质量两个晶格离散化,通过使用两种新方法之一或两者的组合,即缩减算法和多项式预处理,实现了显著的改进。在改进前,菜单玻子改进威尔逊情况下,我们观察到求解器对病态的显著敏感性得到显著改善,对于扭转质量情况,我们能够摆脱先前在最粗层次上使用的、有点人为的扭转质量参数的增加,使最粗层次求解更快收敛的情况。

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