Evaluation of a novel fast matrix conversion algorithm for accelerated CFD simulations using NVIDIA AmgX in OpenFOAM

Computational Fluid Dynamics simulations can be improved through porting on novel hardware such as Graphics Processing Units (GPUs), that already showed interesting performance increase. Computations carried out on NVIDIA GPUs need to offload the linear algebra problem to be solved by AmgX. This requires a particular kind of data storing format of the Finite Volume matrix. In OpenFOAM, the linear matrix is stored in LDU format. Data conversion to CSR format required by AmgX can take a significant amount of time and may require a significant amount of memory. The present work is focused on testing a very fast topology-based conversion strategy to convert LDU matrices to the CSR format, to minimize time and memory occupancy. Performance tests are carried out on various types of geometries ranging from microbenchmarks to large cases of industrial interest for Aeronautical propulsion, such as the HYLON H2/LOX burner test case, to demonstrate that the time required for LDU-to-CSR conversion by the algorithm is negligible.

Le simulazioni di fluidodinamica computazionale possono essere migliorate attraverso l'uso di hardware nuovo come le unità di elaborazione grafica (GPU), che hanno già mostrato un interessante incremento di prestazioni. Calcoli effettuati su GPU NVIDIA devono scaricare il problema di algebra lineare che deve essere risolto da AmgX. Ciò richiede un particolare tipo di formato di memorizzazione dei dati della matrice a volumi finiti. In OpenFOAM, la matrice lineare è memorizzata in formato LDU. La conversione dei dati in formato CSR richiesto da AmgX può richiedere molto tempo ed una quantità significativa di memoria. Il presente lavoro è focalizzato sulla prova di una strategia di conversione rapida basata sulla topologia per convertire le matrici LDU in formato CSR, per ridurre al minimo il tempo e l'occupazione della memoria. Vengono effettuati test delle prestazioni su vari tipi di geometrie che vanno dai microbenchmark ai grandi casi di interesse industriale per la propulsione aeronautica, come il caso di prova del HYLON, bruciatore H2/LOX, per dimostrare che il tempo richiesto per la conversione da LDU a CSR da parte dell'algoritmo è trascurabile.