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Performance of Low-Rank Tensor Algorithms

Röhrig-Zöllner, Melven und Basermann, Achim und Thies, Jonas (2023) Performance of Low-Rank Tensor Algorithms. SIAM Conference on Computational Science and Engineering, 2023-02-26 - 2023-03-01, Amsterdam, The Netherlands.

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Kurzfassung

We discuss low-rank tensor algorithms and in particular algorithms for the tensor-train (TT) format (known as MPS in computational physics). We focus on the required building blocks and model their node-level performance on modern multi-core CPUs. More specifically, we consider the lossy compression of large dense data (TT-SVD), as well as linear solvers in TT format (TT-MALS, TT-GMRES). For the data compression, we derive the optimal roofline runtime for the complete algorithm based on the two main building blocks in an optimized implementation: Q-less TSQR and tall-skinny matrix-matrix multiplication. For the low-rank linear solvers, we categorize the different kinds of building blocks according to performance characteristics and show possible performance optimizations. While all required tensor operations can be mapped onto standard BLAS/LAPACK routines theoretically, faster implementations need specific performance optimizations: These include (1) avoiding costly singular-value decompositions (SVDs), and (2) employing special fused operations for sequences of memory-bound tensor-contractions and reshaping operations, as well as (3) tracking properties of tensors such as orthogonalities. We show the effect of the different optimizations and compare the runtime of our implementation with other tensor libraries.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200460/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Performance of Low-Rank Tensor Algorithms
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Röhrig-Zöllner, MelvenMelven.Roehrig-Zoellner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9851-5886NICHT SPEZIFIZIERT
Basermann, AchimAchim.Basermann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3637-3231148174313
Thies, JonasJ.Thies (at) tudelft.nlhttps://orcid.org/0000-0001-9231-9999NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 März 2023
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:HPC, linear algebra, tensor operations
Veranstaltungstitel:SIAM Conference on Computational Science and Engineering
Veranstaltungsort:Amsterdam, The Netherlands
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:26 Februar 2023
Veranstaltungsende:1 März 2023
Veranstalter :Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Aufgaben SISTEC
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie
Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Hinterlegt von: Röhrig-Zöllner, Melven
Hinterlegt am:06 Dez 2023 11:15
Letzte Änderung:24 Apr 2024 21:00

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