Energy analysis of a solver stack for frequency-domain electromagnetics
Analyse énergétique d’une pile logicielle pour le calcul en éléectromagnétisme
Résumé
High-performance computing (HPC) aims at developing models and simulations
for applications in numerous scientific fields. Yet, the energy consumption of these HPC facilities
currently limits their size and performance, and consequently the size of the tackled problems.
The complexity of the HPC software stacks and their various optimizations makes it difficult to
finely understand the energy consumption of scientific applications. To highlight this difficulty on a
concrete use-case, we perform an energy and power analysis of a software stack for the simulation of
frequency-domain electromagnetic wave propagation. This solver stack combines a high order finite
element discretization framework of the system of three-dimensional frequency-domain Maxwell
equations with an algebraic hybrid iterative-direct sparse linear solver. This analysis is conducted
on the KNL-based PRACE-PCP system. Our results illustrate the difficulty in predicting how to
trade energy and runtime.
Le calcul haute performance (HPC) vise à développer des modèles et des simulations
dans de nombreux domaines scientifiques. Pourtant, la consommation d’énergie des installations
de calcul haute performance limite actuellement leur taille et leur performance et, par conséquent,
la taille des problèmes abordés. La complexité des piles logicielles de calcul haute performance
et de leurs différentes optimisations rendent difficile la compréhension fine de la consommation
énergétique des applications scientifiques. Pour mettre en évidence cette difficulté sur un cas
d’utilisation concret, nous effectuons une analyse énergétique d’une pile logicielle pour des
simulations de propagation d’ondes électromagnétiques dans le domaine fréquentiel. Ce solveur
combine une approche de discrétisation par éléments finis d’ordre élevé pour le système d’équations
de Maxwell tridimensionnelles dans le domaine fréquenciels et un solveur parallèle itératif hybride
itératif-direct pour la résolution du système creux associé. Cette analyse est effectuée sur le
Système PRACE-PCP à base de KNL. Nos résultats illustrent la difficulté à prédire un compromis
en énergie et temps de calcul.
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