Published May 18, 2018 | Version v1
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Contribution to high-performance simulation and highly scalable numerical schemes

Description

My contributions concern the improvement of computational methods from the point of view of parallelization, the design of optimized algorithms and implementations for specific machines, but also on the upgrade of some numerical schemes. In the various simulation codes on which I have been involved, it has been required to adapt or renovate calculation schemes for efficient execution on machines with a large number of cores. My inputs contribute throughout the entire chain, from modeling, to efficient implementation on large supercomputers. The studies I carried out were done in close interaction with the designers and users of the simulation codes so that the results are effective and usable in production. The document is composed of three main chapters plus a final one enclosing conclusions and perspectives. Although my scientific work is not limited to Gysela, I chose here to focus a large part of the document on this application in order to simplify the contextual setting and to allow me to get into some of the details. Chapter 2 concerns various studies carried out to make the best use of the today's supercomputers. After a short description of the physical problem in Gysela, the numerical methods are described, and then I discuss the improvements required to exploit the biggest academic calculators in Europe. Chapter 3 summarizes works in closer connection with the field of applied mathematics. The implementation of specific test cases within Gysela and the adaptation of numerical methods in the Vlasov and Poisson solvers make it possible to better preserve certain invariants and improve the precision of the code. Chapter 4 focuses on work on the development of parallel algorithms and the implementation of optimization techniques dedicated to new architectures. Studies on various applications are highlighted. I draw some insights from lessons learned on these new computing devices. The very last chapter 5 gives a conclusion of the previous chapters, and outlines some of the research projects I plan for the years to come

Abstract (French)

Mes contributions concernent l'amelioration des methodes de calcul du point de vue de la parallelisation, la conception d'algorithmes optimises et d'implementations pour des machines specifiques, mais aussi l'amelioration de certains schemas numeriques. Dans les differents codes de simulation sur lesquels j'ai ete implique, il a ete necessaire d'adapter ou de renover des schemas de calcul pour une execution efficace sur des machines avec un grand nombre de coeurs. Mes apports contribuent a l'ensemble de la chaine, de la modelisation a la mise en oeuvre efficace sur de grands supercalculateurs. Les etudes que j'ai menees l'ont ete en etroite interaction avec les concepteurs et les utilisateurs des codes de simulation afin que les resultats soient efficaces et utilisables en production. Le document se compose de trois chapitres principaux et d'un dernier chapitre contenant des conclusions et des perspectives. Bien que mes travaux scientifiques ne se limitent pas a Gysela, j'ai choisi ici de consacrer une grande partie du document a cette application afin de simplifier la mise en contexte et de me permettre d'entrer dans certains details. Le chapitre 2 concerne diverses etudes menees pour utiliser au mieux les supercalculateurs d'aujourd'hui. Apres une breve description du probleme physique de Gysela, les methodes numeriques sont decrites, puis je discute des ameliorations necessaires pour exploiter les plus grands calculateurs universitaires d'Europe. Le chapitre 3 resume les travaux plus etroitement lies au domaine des mathematiques appliquees. L'implementation de cas de tests specifiques au sein de Gysela et l'adaptation des methodes numeriques dans les solveurs de Vlasov et de Poisson permettent de mieux preserver certains invariants et d'ameliorer la precision du code. Le chapitre 4 se concentre sur les travaux de developpement d'algorithmes paralleles et l'implementation de techniques d'optimisation dediees aux nouvelles architectures. Des etudes sur diverses applications sont mises en evidence. Je tire quelques enseignements des lecons apprises sur ces nouveaux dispositifs informatiques. Le tout dernier chapitre 5 presente une conclusion des chapitres precedents et expose certains des projets de recherche que j'envisage pour les annees a venir

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Original title (English)
Contribution a la simulation haute-performance et aux methodes de calcul tres extensibles

Publishing Information

Imprint Pagination
125 p.
Report number
FRCEA-TH--16800

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
55090672
Subject category
S97: MATHEMATICAL METHODS AND COMPUTING;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis
Descriptors DEI
ACCURACY; ALGORITHMS; COMPUTERIZED SIMULATION; G CODES; I CODES; INTERPOLATION; SUPERCOMPUTERS
Descriptors DEC
COMPUTER CODES; COMPUTERS; DIGITAL COMPUTERS; MATHEMATICAL LOGIC; MATHEMATICAL SOLUTIONS; NUMERICAL SOLUTION; SIMULATION

Optional Information

Notes
194 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses