High performance BLAS formulation of the multipole-to-local operator in the Fast Multipole Method

International audienceThe multipole-to-local (M2L) operator is the most time-consuming part of the far field computation in the Fast Multipole Method for Laplace equation. Its natural expression, though commonly used, does not respect a sharp error bound: we here first prove the correctness of a second expression. We then propose a matrix formulation implemented with BLAS (Basic Linear Algebra Subprograms) routines in order to speed up its computation for these two expressions. We also introduce special data storages in memory to gain greater computational efficiency. This BLAS scheme is finally compared, for uniform distributions, to other M2L improvements such as block FFT, rotations and plane wave expansions. When considering runtime, extra memory storage, numerical stability and common precisions for Laplace equation, the BLAS version appears as the best one

Hybrid MPI-Thread Parallelization of the Fast Multipole Method

We present in this paper multi-thread and multi-process parallelizations of the Fast Multipole Method (FMM) for Laplace equation, for uniform and non uniform distributions. These parallelizations apply to the original FMM formulation and to our new matrix formulation with BLAS (Basic Linear Algebra Subprograms) routines. Differences between the multi-thread and the multi-process versions are detailed, and a hybrid MPI-thread approach enables to gain parallel efficiency and memory scalability over the pure MPI one on clusters of SMP nodes. On 128 processors, we obtain 85% (respectively 75%) parallel efficiency for uniform (respectively non uniform) distributions with up to 100 million particles

Apprentissage de la pensée informatique : de la formation des enseignant·e·s à la formation de tou·te·s les citoyen·ne·s

National audienceIn recent years, in France, computer learning (under the term of code) has entered the school curriculum, in primary and high school. This learning is also aimed at developing computer thinking to enable students, girls and boys, to start master all aspects of the digital world (science, technology, industry, culture). However, neither teachers, nor parents are trained to teach or educate on these topics. Furthermore, if the educational system progresses progressively towards these objectives, in everyday life and in professional context there is also a need for lifelong training in computer thinking. Large-scale projects on coding initiation are now quite successful in supporting the training of professionals in education on these topics. However, they require an infrastructure of people and important resources to maintain their level of efficiency. In order to further develop the objectives of helping people to demystify IT thinking, we aim to question here the way by which it is possible to conceive a concrete and operational initiative that addresses this issue. A huge challenge: Let's share a proposal here and discuss it.En France au cours de ces dernières années, l'apprentissage de l'informatique (sous le terme d'« apprentissage du code ») est entré dans les programmes scolaires, en primaire et secondaire. Cet apprentissage vise notamment le développement de la pensée informatique (au sens défini par Wing) afin de permettre aux élèves, filles et garçons, d'acquérir les bases, une étape initiale vers la maîtrise du numérique, sous tous ses aspects (science, technologie, industrie et culture). Cependant, peu d'enseignant·e·s, ou de parents, ont été formé·e·s pour enseigner les sciences du numérique ou éduquer à leurs fondements et leurs usages. De plus, si le système éducatif avance progressivement au niveau de ces objectifs, dans la vie quotidienne et en contexte professionnel, il existe aussi un besoin de formation tout au long de la vie à la pensée informatique. Des projets d'envergure sur l'apprentissage du code sont aujourd'hui forts d'un véritable succès en matière de support à la formation des professionnel·le·s de l'éducation sur ces sujets. Cependant ces projets nécessitent une main d'oeuvre importante tant pour la création de ressources que pour leur actualisation, afin de rester en phase avec les besoins de formation dans un domaine en évolution constante. Dans le but de développer davantage les objectifs de démystification de la pensée informatique vers un large public de citoyens et de citoyennes, nous voulons questionner ici la manière dont il est possible de concevoir une initiative concrète et opérationnelle qui relève ce défi. Partageons ici une proposition et discutons-la. Ce qui est proposé porte un nom : une Université, Citoyenne en Sciences et Culture du Numérique (#UCscN) qui s'inscrit dans la tradition des universités populaires. Il s'agit donc très simplement d'étendre à toutes et tous cette éducation pour penser l'informatique en capitalisant sur l'expérience acquise de Class'Code en formant les professionnel·le·s de l'éducation

Apprentissage de la pensée informatique : de la formation des enseignant·e·s à la formation de tou·te·s les citoyen·ne·s

National audienceIn recent years, in France, computer learning (under the term of code) has entered the school curriculum, in primary and high school. This learning is also aimed at developing computer thinking to enable students, girls and boys, to start master all aspects of the digital world (science, technology, industry, culture). However, neither teachers, nor parents are trained to teach or educate on these topics. Furthermore, if the educational system progresses progressively towards these objectives, in everyday life and in professional context there is also a need for lifelong training in computer thinking. Large-scale projects on coding initiation are now quite successful in supporting the training of professionals in education on these topics. However, they require an infrastructure of people and important resources to maintain their level of efficiency. In order to further develop the objectives of helping people to demystify IT thinking, we aim to question here the way by which it is possible to conceive a concrete and operational initiative that addresses this issue. A huge challenge: Let's share a proposal here and discuss it.En France au cours de ces dernières années, l’apprentissage de l’informatique (sous le terme d’«​ ​ apprentissage du code​ ​ ») est entré dans les programmes scolaires, en primaire et secondaire. Cet apprentissage vise notamment le développement de la pensée informatique (au sens défini par Wing) afin de permettre aux élèves, filles et garçons, d’acquérir les bases, une étape initiale vers la maîtrise du numérique, sous tous ses aspects (science, technologie, industrie et culture). Cependant, peu d’enseignant·e·s, ou de parents, ont été formé·e·s pour enseigner les sciences du numérique ou éduquer à leurs fondements et leurs usages. De plus, si le système éducatif avance progressivement au niveau de ces objectifs, dans la vie quotidienne et en contexte professionnel, il existe aussi un besoin de formation tout au long de la vie à la pensée informatique. Des projets d’envergure sur l’apprentissage du code sont aujourd’hui forts d’un véritable succès en matière de support à la formation des professionnel·le·s de l’éducation sur ces sujets. Cependant ces projets nécessitent une main d'oeuvre importante tant pour la création de ressources que pour leur actualisation, afin de rester en phase avec les besoins de formation dans un domaine en évolution constante. Dans le but de développer davantage les objectifs de démystification de la pensée informatique vers un large public de citoyens et de citoyennes, nous voulons questionner ici la manière dont il est possible de concevoir une initiative concrète et opérationnelle qui relève ce défi. Partageons ici une proposition et discutons-la. Ce qui est proposé porte un nom : une Université, Citoyenne en Sciences et Culture du Numérique (#UCscN) qui s’inscrit dans la tradition des universités populaires. Il s’agit donc très simplement d’étendre à toutes et tous cette éducation pour penser l’informatique en capitalisant sur l’expérience acquise de Class’Code en formant les professionnel·le·s de l’éducation

Rôle des interfaces et interphases dans les assemblages collés

Notre objectif a été de mieux comprendre le rôle que joue chaque interface et interphase au sein des assemblages collés. Pour cela nous avons étudié différents systèmes industriels représentatifs des assemblages utilisés à l heure actuelle dans l aéronautique. Le collage de nos assemblages industriels sur substrats en aluminium et en alliage de titane (Ti-6Al-4V) est assuré par un primaire anti-corrosion et un adhésif, tous deux à base de formulations époxydes/amines. Pour le premier assemblage métal/métal, il s est avéré que le primaire polymérisait lors du séchage, formant une seconde couche en plus de l adhésif. Mais ce primaire assure une bonne adhérence entre le substrat et l adhésif. Par contre le durcisseur était en excès dans l adhésif sous forme d agrégats, ce qui affaiblissait l assemblage. Pour le deuxième assemblage métal/métal, le primaire interdiffusait dans l adhésif conduisant à une morphologie et des propriétés identiques à celles de l adhésif. Par contre, une séparation de phase entre le thermodurcissable et le thermoplastique présent dans la formulation, conduisant à des nodules TD dans une matrice TP, engendrait une couche thermodurcissable d environ 1 m en contact avec la surface du substrat. C est au niveau de cette transition morphologique que l assemblage est le plus faible. Notre étude s est portée aussi sur la formation d une interphase à la surface d un substrat composite époxyde avec fibre de carbone suite à une photo oxydation par irradiation aux ultraviolets. Il s est avéré que la photo oxydation plastifiait la surface du substrat par coupure de chaînes et créait des structures carbonyles sur le réseau époxyde. Suite à ce traitement, la tenue mécanique de l assemblage était meilleur.The aim of this work was to understand the role of each interface and interphase in the adhesive bonded joints. In this way, various industrial systems mimetics of the aeronautics used adhesive joints were studied. The joining of the industrial adhesive bonded joints on the aluminium and titanium (Ti-6Al-4V) substrates is ensured by an anti-corrosion primer and an adhesive, both contening epoxy / amine formulation. For the first adhesive bonded joint metal/metal, it proved that the primer polymerized during the drying, forming a second layer addect to the adhesive one. But this primer ensures a good adherence between the substrate and the adhesive. The hardener was in excess in the adhesive under the form of aggregates, which weakened the joint. For the second metal / metal adhesive joint, the primer was interdiffused in the adhesive, leading to identical morphology and properties to the adhesive. A phase separation between the thermoset and the thermoplastic present in the formulation, leading to TD nodules in a TP matrix, generated a thermoset layer of approximately 1 m in contact with the surface of the substrate. This morphological transition is the weakness of the adhesive joint. The last study was the formation of the interphase on the surface of an epoxy with carbon fibre composite substrate following a photo-oxidation by irradiation to the ultraviolet rays. It proved that photo oxidation plasticized the surface of the substrate by cut of chains and created carbonyls structures on the epoxy network. Following this treatment, the mechanical resistance of the adhesive joint was better.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Algorithmique hiérarchique parallèle haute performance pour les problèmes à N-corps

Cette thèse porte sur la méthode dite méthode multipôle rapide qui résout hiérarchiquement le problème à N-corps avec une complexité linéaire pour n'importe quelle précision. Dans le cadre de l'équation de Laplace, nous souhaitons pouvoir traiter efficacement toutes les distributions de particules rencontrées en astrophysique et en dynamique moléculaire. Nous étudions tout d'abord deux expressions distinctes du principal opérateur ( multipôle-to-local ) ainsi que les bornes d'erreur associées. Pour ces deux expressions, nous présentons une formulation matricielle dont l'implémentation avec des routines BLAS (Basic Linear Algebra Subprograms) permet d'améliorer fortement l'efficacité de calcul. Dans la gamme de précisions qui nous intéresse, cette approche se révèle plus performante que les améliorations existantes (FFT, rotations et ondes planes), pour des distributions uniformes ou non. Outre une nouvelle structure de données pour l'octree sous-jacent et des contributions algorithmiques à la version adaptative, nous avons aussi efficacement parallélisé notre méthode en mémoire partagée et en mémoire distribuée. Enfin, des comparaisons avec des codes dédiés justifient l'intérêt de notre code pour des simulations en astrophysique.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocFranceF

High-performance BLAS formulation of the adaptive Fast Multipole Method

International audienceIn a previous work, we have presented a new formulation of the uniform version of the Fast Multipole Method (FMM) for the Laplace equation by using matrix products that can be efficiently computed thanks to the BLAS (Basic Linear Algebra Subprograms) routines. We propose here to extend this formulation to the adaptive version of the FMM: this requires the conception of a new data structure for the octree, namely the octree with indirections, which is efficient for both uniform and non-uniform distributions, as well as a detection mechanism of the available uniform areas in non-uniform distributions. In comparison with other M2L computation schemes (block FFT, rotations and plane wave expansions) in the case of non-uniform distributions of particles, our BLAS version appears to be the fastest for the common precisions used when one solves the Laplace equation

High-performance BLAS formulation of the Adaptive Fast Multipole Method

International audienc