Error analysis of truncated expansion solutions to high-dimensional parabolic PDEs

We study an expansion method for high-dimensional parabolic PDEs which constructs accurate approximate solutions by decomposition into solutions to lower-dimensional PDEs, and which is particularly effective if there are a low number of dominant principal components. The focus of the present article is the derivation of sharp error bounds for the constant coefficient case and a first and second order approximation. We give a precise characterisation when these bounds hold for (non-smooth) option pricing applications and provide numerical results demonstrating that the practically observed convergence speed is in agreement with the theoretical predictions

RFaaS: RDMA-Enabled FaaS Platform for Serverless High-Performance Computing

The rigid MPI programming model and batch scheduling dominate high-performance computing. While clouds brought new levels of elasticity into the world of computing, supercomputers still suffer from low resource utilization rates. To enhance supercomputing clusters with the benefits of serverless computing, a modern cloud programming paradigm for pay-as-you-go execution of stateless functions, we present rFaaS, the first RDMA-aware Function-as-a-Service (FaaS) platform. With hot invocations and decentralized function placement, we overcome the major performance limitations of FaaS systems and provide low-latency remote invocations in multi-tenant environments. We evaluate the new serverless system through a series of microbenchmarks and show that remote functions execute with negligible performance overheads. We demonstrate how serverless computing can bring elastic resource management into MPI-based high-performance applications. Overall, our results show that MPI applications can benefit from modern cloud programming paradigms to guarantee high performance at lower resource costs

The ANOVA decomposition and generalized sparse grid methods for the high-dimensional backward Kolmogorov equation

In this thesis, we discuss numerical methods for the solution of the high-dimensional backward Kolmogorov equation, which arises in the pricing of options on multi-dimensional jump-diffusion processes. First, we apply the ANOVA decomposition and approximate the high-dimensional problem by a sum of lower-dimensional ones, which we then discretize by a θ-scheme and generalized sparse grids in time and space, respectively. We solve the resultant systems of linear equations by iterative methods, which requires both preconditioning and fast matrix-vector multiplication algorithms. We make use of a Linear Program and an algebraic formula to compute optimal diagonal scaling parameters. Furthermore, we employ the OptiCom as non-linear preconditioner. We generalize the unidirectional principle to non-local operators and develop a new matrix-vector multiplication algorithm for the OptiCom. As application we focus on the Kou model. Using a new recurrence formula, the computational complexity of the operator application remains linear in the number of degrees of freedom. The combination of the above-mentioned methods allows us to efficiently approximate the solution of the backward Kolmogorov equation for a ten-dimensional Kou model.Die ANOVA-Zerlegung und verallgemeinerte dünne Gitter für die hochdimensionale Kolmogorov-Rückwärtsgleichung In der vorliegenden Arbeit betrachten wir numerische Verfahren zur Lösung der hochdimensionalen Kolmogorov-Rückwärtsgleichung, die beispielsweise bei der Bewertung von Optionen auf mehrdimensionalen Sprung-Diffusionsprozessen auftritt. Zuerst wenden wir eine ANOVA-Zerlegung an und approximieren das hochdimensionale Problem mit einer Summe von niederdimensionalen Problemen, die wir mit einem θ-Verfahren in der Zeit und mit verallgemeinerten dünnen Gittern im Ort diskretisieren. Wir lösen die entstehenden linearen Gleichungssysteme mit iterativen Verfahren, wofür eine Vorkonditionierung als auch schnelle Matrix-Vektor-Multiplikationsalgorithmen nötig sind. Wir entwickeln ein Lineares Programm und eine algebraische Formel, um optimale Diagonalskalierungen zu finden. Des Weiteren setzen wir die OptiCom als nicht-lineares Vorkonditionierungsverfahren ein. Wir verallgemeinern das unidirektionale Prinzip auf nicht-lokale Operatoren und entwickeln einen für die OptiCom optimierten Matrix-Vektor-Multiplikationsalgorithmus. Als Anwendungsbeispiel betrachten wir das Kou-Modell. Mit einer neuen Rekurrenzformel bleibt die Gesamtkomplexität der Operatoranwendung linear in der Anzahl der Freiheitsgrade. Unter Einbeziehung aller genannten Methoden ist es nun möglich, die Lösung der Kolmogorov-Rückwärtsgleichung für ein zehndimensionales Kou-Modell effizient zu approximieren