Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Assessing the impact of floating-point precision in plasma simulations: A study of precision reduction and precisionrefinement in iPIC3D
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS).
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS).
2019 (English)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Flyttalsprecisions påverkan på plasmasimuleringar (Swedish)
Abstract [en]

This thesis explores how the precision of floating-point numbers affects the high-performance, implicit particle-in-cell plasma simulation software iPIC3D. We investigate whether a version of iPIC3D, modified to use floatingpoint numbers in lower precision than the current 64 bit double-precision, could yield accurate simulations in comparison with the current version. Such a version of iPIC3D could open the door for significant performance improvements thanks to architectural elements in modern GPUs that typically offer greater floating-point performance the lower the precision. Two different versions of iPIC3D’s particle mover were created. In the first, all variables were changed from double-precision to single-precision. The second version used precision refinement techniques to combat precision loss while still using single-precision floating-point numbers for the variables. The same simulation was run on the unmodified version of iPIC3D and the two modified ones. The output of the two modified versions were compared to the output of the unmodified version to see how the modifications affected simulations.

The results suggest that iPIC3D’s particle mover cannot be run entirely in single-precision if high accuracy is required, especially over long time scales. However, macroscopic features of the simulated system remain largely unaffected. This motivates the usefulness of a single-precision version of iPIC3D that could give acceptable accuracy when studying more general properties of a plasma. The simulation using precision refinement techniques showed promising accuracy, but further study is needed to see what performance improvements can be gained from it.

Abstract [sv]

I denna uppsats utforskas hur flyttalsprecision påverkar högprestandaprogrammet iPIC3D som används för att simulera plasma med den implicita particle-in-cell metoden. Vi undersöker om en version av iPIC3D, modifierad för att använda flyttal med lägre precision än den nuvarande 64 bitars double-precision, kan användas utan att simuleringarna tappar skärpa jämfört med den befintliga versionen. Om en sådan version av iPIC3D skulle kunna åstadkomma simuleringar som liknar den nuvarande versionens finns det potential att förbättra programmets prestanda avsevärt. Detta tack vare moderna GPU:er, som har mycket hög beräkningskapacitet för flyttal i lägre precision. Två olika versioner av iPIC3D:s particle mover gjordes. I den första ändrades alla variabler från double-precision till single-precision. Den andra versionen använde tekniker för att minska precisionsförlusten, men använde fortfarande single-precision för variablerna. Samma simulering kördes på den icke-modifierade versionen av iPIC3D, samt de två modifierade. Resultaten från de två modifierade versionerna jämfördes med originalet för att se hur modifkationerna påverkade simuleringar.

Resultaten visar att iPIC3D:s particle mover inte kan köras helt i single-precision utan att noggrannheten försämras, i synnerhet över längre tidsrymder. Det simulerade systemets mer generella egenskaper tycks dock vara relativt opåverkade. Detta antyder att det kan finnas anledning att ta fram en single-precision-version av iPIC3D som kan ge hög prestanda och acceptabel noggrannhet när plasman ska studeras ur ett högnivåperspektiv. Versionen med precisionsförlustreduktion visade god noggrannhet i jämförelse med den ickemodifierade versionen av iPIC3D. Vidare studier behövs för att avgöra vilka prestandaförbättringar som är möjliga när precisionsförlustreduktionen används.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 52
Series
TRITA-EECS-EX ; 2019:374
National Category
Computer and Information Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-260143OAI: oai:DiVA.org:kth-260143DiVA, id: diva2:1354761
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-10-09 Created: 2019-09-26 Last updated: 2019-10-09Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(14255 kB)1 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 14255 kBChecksum SHA-512
ac71f021360c8a3cba8ddfa575e6886279ef06333aea3036c2f0b49e1f251410c070db887384a8e2339b8922e346d764ae4b8bff3f8c387e99b24b0cb2a79d84
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS)
Computer and Information Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 9 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf