Multigrid methods for large-scale problems: approximate coarsest-level solves and mixed precision computation

Abstract

Název práce: Víceúrovňové metody pro řešení velkých problémů: přibližné řešení na nejhrubší síti, počítání ve smíšené přesnosti Autor: Petr Vacek Katedra: Katedra numerické matematiky Vedoucí disertační práce: Erin Claire Carson, Ph.D., Katedra numerické matematiky Abstrakt: Vývoj nového výpočetního hardwaru otevírá možnosti řešení větších a větších problémů. Přináší ale také nové výzvy. V této práci se zabýváme víceúrovňovými metodami pro řešení velkých soustav lineárních rovnic. Víceúrovňové metody využívají hierarchii problémů s různými velikostmi, od nejmenšího problému (nejhrubší úroveň) až po původní problém (nejjemnější úroveň). V této práci uvažujeme hierarchie, kde i problém na nejhrubší úrovni je velký a jeho řešení lze spočítat pouze přibližně. Takové hierarchie vznikají například při řešení problémů na oblastech se složitou geometrií nebo při paralelních výpočtech. Jedním z hlavních výsledků této práce je nový přístup k analýze vlivu přibližného řešení na nejhrubší úrovni na konvergenci V-cycle schématu a odvození nového zastavovacího kritéria pro řešení problému na nejhrubší úrovni. Víceúrovňovou hierarchii je možné využít také ke konstrukci a posteriori odhadu chyby na základě rezidua. Dalším hlavním výsledkem této práce je nový postup aproximace členu odpovídajícímu nejhrubší úrovni, který...

Title: Multigrid methods for large-scale problems: approximate coarsest-level solves and mixed precision computation Author: Petr Vacek Department: Department of Numerical Mathematics Supervisor: Erin Claire Carson, Ph.D., Department of Numerical Mathematics Abstract: The development of new computational hardware components opens possibilities to solve larger and larger problems. It, however, also brings new challenges. In this thesis we study multigrid methods for solving large-scale systems of linear equations. The multigrid approach relies on having a hierarchy of problems, ranging from the smallest (coarsest-level) problem to the original (finest-level) problem. We focus on settings where even the problem on the coarsest-level is large and can be solved only approximately. Such hierarchies arise, for example, when solving problems on domains with complicated geometry or when computing in parallel. We present an approach for analyzing the effects of approximate coarsest-level solves on the convergence of the multigrid V-cycle scheme and derive new coarsest-level stopping criteria tailored to multigrid methods. The multigrid hierarchy can be also used to construct residual-based a posteriori error estimates. We present a new approximation of the term associated with the coarsest level, which results in...