Automatically Optimized GPU Acceleration of Element Subroutines in Finite Element Method

FILIPOVIČ, Jiří, Jan FOUSEK, Bedřich LAKOMÝ and Matúš MADZIN. Automatically Optimized GPU Acceleration of Element Subroutines in Finite Element Method. Online. In Symposium on Application Accelerators in High Performance Computing. LOS ALAMITOS, CA, USA: IEEE, 2012, p. 141-144. ISBN 978-1-4673-2882-1.

Basic information

• Original name: Automatically Optimized GPU Acceleration of Element Subroutines in Finite Element Method
• Name in Czech: Automaticky optimalizovaná GPU akcelerace elementárních subrutin v metodě konečných prvků
• Authors: FILIPOVIČ, Jiří (203 Czech Republic, guarantor, belonging to the institution), Jan FOUSEK (203 Czech Republic, belonging to the institution), Bedřich LAKOMÝ (203 Czech Republic, belonging to the institution) and Matúš MADZIN (703 Slovakia, belonging to the institution).
• Edition: LOS ALAMITOS, CA, USA, Symposium on Application Accelerators in High Performance Computing, p. 141-144, 4 pp. 2012.
• Publisher: IEEE

Other information

• Original language: English
• Type of outcome: Proceedings paper
• Field of Study: 10201 Computer sciences, information science, bioinformatics
• Country of publisher: United States of America
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• Publication form: electronic version available online
• RIV identification code: RIV/00216224:14330/12:00057469
• Organization unit: Faculty of Informatics
• ISBN: 978-1-4673-2882-1
• UT WoS: 000309942800019
• Keywords (in Czech): GPGPU; optimalizace kódu; fúze kernelů; FEM
• Keywords in English: GPGPU; code optimization; kernel fusion; FEM
• Tags: International impact, Reviewed

Abstract

The element subroutines in finite element method (FEM) provides enough parallelism to be successfully accelerated by contemporary GPUs. However, their efficient implementation is not straightforward and requires time-consuming exploration of numerous implementation variants. In this paper, we present optimization by kernel fusion for element subroutines. Moreover, we show how the optimization is automated using our source-to-source compiler. We demonstrate the optimization of the element subroutines for FEM model using St.\,Venant-Kirchhoff material. The performance of code generated by our compiler outperforms our previously published hand-tuned implementation by factor of 1.32 -- 1.54 depending on used GPU architecture. Although the optimization technique is demonstrated on element subroutines for using St.\,Venant-Kirchhoff material, it is generally usable for wider area of computationally-demanding problems.

Abstract (in Czech)

Subrutiny aplikované na elementy v metodě konečných prvků (FEM) poskytují dostatečný paralelismus k tomu, aby byly akcelerovány dnešnímy GPU. Jejich efektivní implementace není však přímočará, vyžaduje časově náročný průzkum mnoha variant implementace. V tomto článku prezentujeme optimalizaci pomocí fúzí kernelů pro subroutiny aplikované na elementy. Navíc ukazujeme, jak tato optimalizace může být automatizována pomocí našeko překladače ze zdrojového do zdrojového kódu. Demonstrujeme optimalizaci subrutin pro FEM model používající St. Venant-Kirchhoff materiál. Výkon kódu generovaného naším překladačem překoná dříve publikovanou ručně-optimalizovanou implementaci 1.32-1.54x, v závislosti na použité GPU architektuře. Ačkoliv je optimalizační technika demonstrovaná na subroutinách pro St. Venant-Kirchhoff materiál, je zároveň obecně použitelná pro širší oblast výpočetně náročných problémů.

Links

• GD102/09/H042, research and development project: Name: Matematické a inženýrské metody pro vývoj spolehlivých a bezpečných paralelních a distribuovaných počítačových systémů

Investor: Czech Science Foundation

• MUNI/A/0914/2009, interní kód MU: Name: Rozsáhlé výpočetní systémy: modely, aplikace a verifikace (Acronym: SV-FI MAV)

Investor: Masaryk University, Category A