Vectorization of the Riemann solver using the AVX-512 instruction set

Abstract

Численные методы, базирующиеся на решении задачи Римана о распаде произвольного разрыва, крайне требовательны к вычислительным ресурсам. Для применения данных численных методов на современных расчетных сетках требуется использование суперкомпьютера. Среди различных инструментов повышения производительности суперкомпьютерных приложений можно выделить векторизацию программного кода. Набор инструкций AVX-512 обладает рядом уникальных возможностей, позволяющих применить векторизацию к программному контексту римановского решателя, что ведет к значительному ускорению решателя. На примере точного римановского решателя рассматривается практический подход к векторизации разнообразного программного контекста, включая простые линейные участки, регионы со сложным управлением, а также вложенные циклы. В основе рассматриваемого подхода лежит возможность одновременного выполнения на одном процессорном ядре нескольких экземпляров некоторой чистой функции. Данная возможность достигается путем перевода программного кода в предикатную форму и использования векторных инструкций. При этом количество одновременно выполняющихся экземпляров равно ширине вектора. Показано, что использование возможностей набора команд AVX-512 позволяет успешно векторизовать рассматриваемый программный контекст. Предложенный подход может быть применен для векторизации широкого спектра приложений.