Acceleration of Tensor-Product Operations with Tensor Cores

加速度 张量(固有定义) 张量积 Hilbert空间的张量积 张量收缩 物理 数学 几何学 经典力学 纯数学
作者
Cu Cui
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2407.09621
摘要

In this paper, we explore the acceleration of tensor product operations in finite element methods, leveraging the computational power of the NVIDIA A100 GPU Tensor Cores. We provide an accessible overview of the necessary mathematical background and discuss our implementation strategies. Our study focuses on two common programming approaches for NVIDIA Tensor Cores: the C++ Warp Matrix Functions in nvcuda::wmma and the inline Parallel Thread Execution (PTX) instructions mma.sync.aligned. A significant focus is placed on the adoption of the versatile inline PTX instructions combined with a conflict-free shared memory access pattern, a key to unlocking superior performance. When benchmarked against traditional CUDA Cores, our approach yields a remarkable 2.3-fold increase in double precision performance, achieving 8 TFLOPS/s-45% of the theoretical maximum. Furthermore, in half-precision computations, numerical experiments demonstrate a fourfold enhancement in solving the Poisson equation using the flexible GMRES (FGMRES) method, preconditioned by a multigrid method in 3D. This is achieved while maintaining the same discretization error as observed in double precision computations. These results highlight the considerable benefits of using Tensor Cores for finite element operators with tensor products, achieving an optimal balance between computational speed and precision.

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