I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.  14 ,   No .   6 ,  Dec em b er   20 24 ,   p p .   6 5 1 9 ~ 6 5 2 5   I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 14 i 6 . p p 6 5 1 9 - 6 5 2 5          6519       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Para llel numeri ca l simula tion o f  th e 2D a co ustic  wa v e equatio n       Arshy n Alt y ba y 1, 2 ,   Da uren  Da rk enba y ev 2 ,3 ,   Nurba pa   M ek eba y ev 4   1 D e p a r t me n t   o f   D i f f e r e n t i a l   E q u a t i o n s ,   I n st i t u t e   o f   M a t h e ma t i c a l   a n d   M a t h e mat i c a l   M o d e l i n g ,   A l ma t y ,   K a z a k h st a n   2 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   F a c u l t y   o f   I n f o r ma t i o n   Te c h n o l o g i e s,   Al - F a r a b i   K a z a k h   N a t i o n a l   U n i v e r s i t y ,   A l mat y ,   K a z a k h s t a n   3 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t a t i o n a l   S c i e n c e s a n d   S t a t i st i c s,   F a c u l t y   o f   M e c h a n i c s a n d   M a t h e m a t i c s ,  Al - F a r a b i   K a z a k h   N a t i o n a l   U n i v e r si t y ,   A l mat y ,   K a z a k h s t a n   4 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   I n st i t u t e   o f   P h y s i c s ,   M a t h e ma t i c s a n d   C o mp u t i n g ,   K a z a k h   N a t i o n a l   W o m e n 's   Te a c h e r   Tr a i n i n g   U n i v e r si t y ,   A l ma t y ,   K a z a k h s t a n       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   2 7 ,   2 0 2 4   R ev is ed   J u l 1 2 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   J u l 1 7 ,   2 0 2 4       M a th e m a ti c a l  sim u latio n   h a s  si g n ifi c a n tl y   b r o a d e n e d   wit h   t h e   a d v a n c e m e n t  o f  p a ra ll e l  c o m p u ti n g ,   p a rti c u larly   i n   it s  c a p a c it y   to   c o m p re h e n d   p h y sic a l   p h e n o m e n a   a c ro ss   e x ten siv e   t e m p o ra l  a n d   s p a ti a l  d ime n sio n s.  Hi g h - p e rfo rm a n c e   p a ra ll e l  c o m p u ti n g   fin d s  e x ten siv e   a p p l ica ti o n   a c ro ss   d iv e rse   d o m a in s  o f   tec h n o lo g y   a n d   sc ie n c e ,   in c l u d i n g   t h e   re a lm  o f  a c o u stics .   Th is   re se a rc h   in v e stig a tes   t h e   n u m e rica l  m o d e li n g   a n d   p a ra ll e l  p ro c e ss i n g   o f  th e   two - d ime n si o n a l  a c o u stic  wa v e   e q u a ti o n   i n   b o t h   u n if o rm   a n d   n o n - u n ifo rm   m e d ia.  Ou r   a p p r o a c h   e m p lo y s  i m p li c it   d iffere n c e   sc h e m e s,  wit h   th e   c y c li c   re d u c ti o n   a lg o rit h m   u se d   to   o b tai n   a n   a p p r o x ima te  so l u ti o n .   We  t h e n   a d a p t   th e   se q u e n ti a l  a l g o rit h m   f o r  p a ra ll e l  e x e c u ti o n   o n   a   g ra p h ics   p ro c e ss in g   u n i t   (G P U).   Ulti m a tely ,   o u r   fin d in g s  d e m o n stra te  th e   e ffe c ti v e n e ss   o f   th e   p a ra ll e l   a p p ro a c h   in   y ield i n g   fa v o ra b le re su lt s.   K ey w o r d s :   C o m p u ter   m o d ellin g   Nu m er ical  s im u latio n   Par allel  co m p u tin g   Pro g r am m in g   lan g u ag e   T ec h n o lo g ies   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Dau r en   Dar k e n b ay e v   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce ,   Facu lty   o f   I n f o r m atio n   T ec h n o lo g ies,  Al - Far ab i K az ak h   Natio n al  Un iv er s ity   Al - Far ab i A v en u e  7 1 ,   Alm aty ,   Kaz ak h s tan   E m ail:  d au r en . k ad y r o v ich @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   A  s ig n if ican t  f ac et   o f   ac o u s ti cs  in v o lv es  th e   s im u latio n   o f   wav e  p atter n s .   O v er   t h e  p ast  f ew  y ea r s ,   th er e  h as  b ee n   a  tr en d   to war d s   lev er ag in g   g r ap h ics  p r o ce s s in g   u n its   ( GPUs )   to   en h a n ce   p ar allel  co m p u ti n g   s p ee d s .   Nev er th eless ,   it  was   not   u n til  th e  in tr o d u ctio n   o f   a  n o v el  g e n er atio n   o f   GPUs   f ea tu r in g   m u lti - co r e   ar ch itectu r e  th at  tan g i b le  ad v an ce m en ts   in   th is   ar ea   b ec a m e  ev id en t.  T h e  aim   o f   th is   s tu d y   is   to   cr ea te  a  p ar allel  v er s io n   o f   th e  f i n ite  d if f er en ce   tech n iq u e  f o r   s o lv i n g   th e  two - d im e n s io n al  ac o u s tic  wav e  eq u atio n   u tili zin g   th e  co m p u te  u n i f ied   d ev ice  ar ch itectu r e  ( C UDA)   tech n o lo g y   o n   a  GPU.   Ad d itio n ally ,   th e  ef f icac y   o f   p ar alleliza tio n   will  b e   ev alu at ed   th r o u g h   a   co m p a r is o n   o f   th e  co m p u tatio n al  tim e   r eq u ir ed   f o r   s o lv in g   th e   2 D   wav e  eq u atio n   o n   GPUs   v er s u s   ce n tr al  p r o ce s s in g   u n it  ( C PU)   [ 1 ] .   Nu m er ical  m eth o d s   f o r   wav e  p r o ce s s es  ar e  b ein g   ac tiv ely   s tu d ied ,   in clu d in g   f in ite  d if f er e n ce ,   f in ite  v o lu m e,   elem en tar y   a n d   s p ec tr al  elem en t   m eth o d s ,   as  well  as  v ar io u s   tim e  an d   b o u n d ar y - d o m ain   d is tr ib u ted   m eth o d s .   E ac h   o f   th ese  ap p r o ac h es  o f f er s   u n iq u e  ad v a n tag e s   f o r   m o d elin g   wav e  p h en o m e n a.   Ho wev er ,   s o m e   o f   th ese  m eth o d s   h a v e  n o tab le   d is ad v an tag es,  p ar ticu lar l y   wh en   it  co m es  to   tr an s f o r m in g   q u ad r atic  eq u atio n s   b ef o r e  d is cr etiza tio n .   T h is   ar ticle  is   in s p ir ed   b y   th e  cu r r en t  en th u s iasm  s u r r o u n d in g   ad v an ce d   c o m p ac t  d if f er en ce   tech n iq u es  f o r   r es o lv in g   d if f e r en tial  eq u atio n s .   T h ese  h ig h er - o r d er   co m p ac t  d if f er en ce   m eth o d s   o f f er   e n h an ce d   r eso lu tio n   o n   co m p ac t  m esh   s ten cils .   Ad d it io n ally ,   th e   s tu d y   em p lo y s   al ter n atin g   d i r ec tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :  6 5 1 9 - 6 5 2 5   6520   im p licit  ( ADI )   m eth o d s   to   d ec o m p o s e  m u ltid im en s io n al   p r o b lem s   in to   a  s eq u en ce   o f   o n e - d im en s io n al  p r o b lem s ,   e n s u r in g   b o th   r esil ien ce   an d   e f f ec tiv en ess   [ 2 ] .   GPU  tech n o lo g y   is   u s ed   to   s p ee d   u p   ca lcu latio n s   wh en   p r o ce s s in g   lar g e  m esh es.  GPU s ,   with   th eir   m u lti - co r e  ar ch itectu r e  a n d   h i g h   d eg r ee   o f   p ar allelis m ,   o f f er   s ig n if ican t  ad v an tag es  s u c h   as  lo w  co s t,  h ig h   th r o u g h p u t,   an d   en er g y   ef f icien cy .   W e  o b s er v ed   a  n o tab le  b o o s t  in   p e r f o r m an ce ,   s ev er al - f o ld ,   b y   le v er ag in g   GPUs   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   Pro g r a m m in g   f o r   NVI DI A  GPUs   h as  b ec o m e  n o tab ly   m o r e  ac ce s s ib le  f o llo win g   th e   in tr o d u ctio n   o f   th e  C UDA  p r o g r am m in g   la n g u a g e  in   late  2 0 0 6 .   T h is   lan g u a g e  is   r elativ ely   s tr aig h tf o r war d   to   g r asp   as its   s y n tax   clo s ely   r esem b les th at  o f   th e  C   p r o g r a m m in g   lan g u ag e.   W ith   GPUs   em er g in g   as   a  v iab le  s u b s titu te  f o r   p r o ce s s o r s   in   p ar allel  c o m p u tin g ,   v ar io u s   p ar allel   tr ian g u latio n   s o lv er s   an d   h y b r i d   ap p r o ac h es h av e  b ee n   d e p lo y ed   o n   GPUs   [ 5 ] – [ 1 3 ] .   Fo r   in s tan ce ,   Z h an g   et  a l .  [ 5 ]   in itially   in tr o d u ce d   th e  p ar allel  cy clic  r ed u ctio n   ( PC R )   m eth o d   an d   s u b s eq u e n tly   s u g g ested   a  h y b r id   cy clic  r ed u ctio n - p ar allel  cy cli c  r ed u ctio n   ( CR - PC R )   alg o r it h m .   T h e  h y b r id   PC R - T h o m as   m eth o d   was  also   p r o p o s ed   an d   s tu d ie d   b y   So u r i   [ 1 3 ] .   T h e   liter atu r e  p r o v id es m an y   e x am p les o f   t h e  s u cc ess f u l  u s e   o f   GPUs   f o r   wav e  p r o p ag atio n   m o d elin g   [ 1 4 ] – [ 2 4 ] .   I n   th is   wo r k ,   we  aim   to   ad d r ess   th e  n u m er ical  im p lem en t atio n   o f   two - d im e n s io n al  ac o u s tic  wav e  p r o p a g atio n   o n   a  GPU,   p r o v id in g   in s ig h ts   in to   t h e  p o ten t ial  ad v an tag es   an d   ef f icien c y   o f   th is   ap p r o ac h .   L ev er ag in g   th e  p ar allel  co m p u tin g   ca p ab ilit ies  o f   GPUs   ca n   s ig n if ican tly   ac ce ler ate  th e  co m p u tatio n   tim e ,   m ak in g   it  f ea s ib le  to   s im u late  lar g er   an d   m o r e  co m p lex   wav e  f ield s   in   a  r ea s o n ab le  tim ef r am e.   Ad d itio n ally ,   th is   im p lem en tatio n   ca n   o f f er   a  s ca lab le  s o lu tio n   f o r   r ea l - ti m e  ap p licatio n s   a n d   e x ten s iv e   p ar am eter   s tu d ies,  h ig h lig h tin g   th e  GPU' s   r o le  as   a  p o wer f u l to o l in   co m p u tatio n al  ac o u s tics .       2.   G O VE RNING   E Q UAT I O N  AND  NUM E R I CA L   SI M U L AT I O N   W e  in v esti g ate  th e  ac o u s tic  wav e  eq u atio n   in   two   d im en s io n s .     2 2 − 2 ( , ) ( 2 2 + 2 2 ) = ( , , ) , ( , , ) [ 0 , ] × [ 0 , ] × [ 0 , ] ,     ( 1 )     T h e  in itial c o n d itio n s   ar e  g iv e n   as:     ( 0 , , ) =   0 ( , ) , ,  [ 0 , ] × [ 0 , ]     ( 2 )     an d      ( 0 , , )  = 0 , ,  [ 0 , ] × [ 0 , ]   ( 3 )     T h e  b o u n d a r y   co n d itio n s   ar e:     ( , , 0 ) = 0 , ( , , ) = 0 ,  [ 0 , ] ,  [ 0 , ] × [ 0 , ]   ( 4 )     an d     ( , 0 , ) = 0 , ( , , ) = 0 ,  [ 0 , ] ,  [ 0 , ] × [ 0 , ]   ( 5 )     I n   th i s   c o n t ex t ,   H   r ep r e s en t s   th e   w av e   f u n c t i o n ,   q   d e n o t e s   th e   s o u r c e  t e r m ,   a n d   c   in d i ca te s   t h e   w av e   s p e e d .   F o r   t h e   h o m o g e n e o u s   s c e n a r i o ,   c   r e m a in s   u n if o r m ,   a n d   a  G a u s s i a n   f u n c t io n   i s   em p lo y e d   a s   th e   s o u r c e  t e r m .   I n   o u r   n u m er ical  m o d elin g   a p p r o ac h ,   we  estab lis h   a  s p ac e - tim e  g r id   with   in cr em en ts   ℎ 1 ,  ℎ 2 ,   an d   τ ,   r esp ec tiv ely ,   f o r   th e  v a r iab les  , ,   an d   :     ℎ 1 ℎ 2 = { = ⅈ ℎ 1 , ⅈ = 0 , ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ; = ℎ 2 , = 0 , ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ;   =  , = 0 , 1 , 2 … }   ( 6 )     Her e,   we  s et  ℎ 1 = / 1 ,  ℎ 2 = / 2 ,   an d   = / .  Usi n g   th is   g r id ,   we  ap p ly   t h e  f in ite  d if f er en ce   tech n i q u e   to   ap p r o x im ate  th e  d if f er en tial   eq u atio n   p r esen ted   in   p r o b le m   ( 1 )   alo n g   with   th e  ac co m p a n y in g   co n d itio n s   ( 2 )   to   ( 5 ) .   Fo r   s im p licity ,   let' s   d ef in e    as  1 = 2   an d   d en o te  ℎ   as  ℎ 1 = ℎ 2 .   No w,   let's  co n s id er   th e  im p licit  f in ite  d if f er e n ce   s ch em e  f o r   ad d r ess in g   th e  p r o b lem   o u tlin ed   in   ( 1 ) - ( 5 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         P a r a llel n u merica l simu la tio n   o f th e  2 D  a co u s tic  w a ve   eq u a tio n   ( A r s h yn   A ltyb a y)   6521   ⅈ , + 1 − 2 ⅈ , + ⅈ , − 1 2 − ⅈ , ℎ 2 ( + 1 , + 1 − 2 , + 1 + − 1 , + 1 + , + 1 + 1 − 2 , + 1 + , − 1 + 1 ) = , ,     ( 7 )     F or   ( ; ⅈ ;   )     ℎ 1 ℎ 2   with   in itial c o n d itio n s     , 0 = , , , 1 − , 0 = , ,     ( 8 )     F or   ( ⅈ , ) ∈ 0 , ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ × 0 , ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ,  an d   with   b o u n d a r y   co n d itio n s     0 , = 0 , , = 0 , , 0 = 0 , , = 0 ,     ( 9 )     F or   ( , ) ∈ 0 , ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ × 0 , ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅   an d   ( ⅈ , ) ∈ 0 , ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ × 0 , ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ,   r esp ec t iv el y .   T h e  i m p li cit  s ch em e  is   i n h e r e n tl y   s t a b le   r e g a r d less   o f   t h e   c h o s e n   s te p   s izes   an d   ac h i e v es   a n   ac c u r ac y   o f   (   + | ℎ 2 | )   as  d is c u s s e d   i n   [ 2 5 ] .   T h e   d i f f er e n ce   ( 7 )   is   ad d r ess ed   u s i n g   th e   im p l ici t  alt er n ati n g   d ir ec ti o n   m et h o d   ( AD I ) ,   w h i ch   i n v o lv es  s p l itt in g   it   in t o   tw o   s e p a r at e  s u b t ask s .     H ⅈ , j n + 1 − 2 H ⅈ , j n + H ⅈ , j n − 1 / 2 τ 2 − c ⅈ , j h 2 ( H i + 1 , j n + 1 2 − 2 H i , j n + 1 2 + H i − 1 , j n + 1 2 ) = q i , j n ,     ( 1 0 )     H ⅈ , j n + 1 − 2 H ⅈ , j n + 1 / 2 + H ⅈ , j n − 1 / 2 τ 2 − c ⅈ , j h 2 ( H i , j + 1 n + 1 − 2 H i , j n + 1 + H i , j − 1 n + 1 ) = q i , j n + 1 / 2 ,     ( 1 1 )       3.   NUM E RIC AL   M E T H O D   T h e  alter n atin g   d ir ec tio n   im p licit  ( ADI )   m eth o d ,   wh ich   u t ilizes  f in ite  d if f er e n ce   tec h n i q u es,  h as   h is to r ically   b ee n   a   well - estab lis h ed   m eth o d   f o r   ad d r ess in g   d if f e r en tial  eq u atio n s   i n   co m p lex ,   h ig h - d im en s io n al  s ettin g s .   I n itiall y   p r o p o s ed   b y   Peac em an   an d   R atch f o r d   [ 2 6 ] ,   t h e  m eth o d   h as  s ee n   s ev er al   r ef in em en ts   o v er   tim e   [ 2 7 ] – [ 3 1 ] .   C h ar ac ter ized   b y   im p lic it  f in ite  d if f er en ce   o p e r atio n s ,   th e  ADI   m eth o d   en s u r es  f u ll  s tab ilit y   in   p r o b le m s   d ev o id   o f   m ix e d   d er i v ativ es  an d   m ain tain s   a  co n s id er ab le  s tab ilit y   m ar g in   in   ca s es  wh er e  m ix ed   d er i v ativ es  ar e  p r esen t  [ 1 0 ] .   B y   em p lo y in g   th e   im p licit  s u b - cir cu it,  we  ap p ly   th e  cy cli c   r ed u ctio n   ( C R )   m eth o d   alo n g   th e  x - d ir ec tio n   to   co m p u te   th e  g r id   f u n ctio n   H i , j k + 1 / 2 .   Su b s eq u en tly ,   in   th e  s ec o n d   f r ac tio n al  tim e  s tep   u tili zin g   s u b - cir cu it,   th e  C R   m eth o d   is   u tili ze d   alo n g   th e  y - ax i s   d ir ec tio n ,   y ield in g   th e  g r id   f u n ctio n   H i , j k + 1 .   T h e  ADI   m eth o d   d em o n s tr ates  s ec o n d - o r d er   ac cu r ac y   o f   ( τ 2 + ℎ 2 ) .   T h e  en s u in g   n u m er ical  s im u latio n s   ar e  d et ailed   b elo w.   All  ca lcu latio n s   wer e  p er f o r m ed   with   th e   Py th o n   p r o g r am m in g   lan g u ag e  an d   em p lo y ed   th e  c y clic  r ed u ctio n   tech n iq u e.   Fo r   th e  s im u latio n s ,   a  tim e  s tep   o f   =   0 . 0 0 1   an d   a  s p atial  s tep   o f   ℎ = 1   wer e   u s ed .   R e s u lts   wer e  v is u alize d   with   th e   Ma tp lo tlib   lib r a r y ,   an d   th e   f i n d in g s   f r o m   th e  n u m er ical  e x p er im e n ts   ar e  illu s tr ated   in   Fig u r es 1   to   3.   T h ese  f ig u r es  d ep ict  b o th   th e  tim e  f u n ctio n   o f   th e   s o u r ce   an d   th e  p r o p ag atio n   o f   th e   wav e   th r o u g h   a   m ed iu m   with   v ar y i n g   p r o p er ti es  at  m u ltip le  tim e  p o in ts .   I n   s u ch   a  m ed iu m ,   th e  s p ee d   o f   t h e  wav e  f lu ctu ates  ac co r d in g   to   th e  m ed iu m ' s   s tr u ctu r al  v ar iatio n s .   Ou r   an al y s is   f o cu s es  o n   h o w  th e  wav e  p r o p ag ates  th r o u g h   a  m ed iu m   with   d is tin ct  wav e  v e lo cities in   th e  wh ite  an d   b l u e  r eg io n s .           Fig u r e  1 .   So u r ce   f u n ctio n   a n d   two - lay er   h eter o g en e o u s   m ed i u m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :  6 5 1 9 - 6 5 2 5   6522       Fig u r e  2 .   W av e  p r o p a g atio n   at   d if f er en t tim e  s tep s           Fig u r e  3 .   W av e  p r o p a g atio n   th r o u g h   a  h eter o g en e o u s   m ed iu m   at  d if f er e n t tim e  in ter v als       4.   P ARAL L E L   E X E CU T I O N  USI NG   T H E   G RAP H I C S P RO CE SS I NG   UN I T   A  g r ap h ics  p r o ce s s in g   u n it  ( GPU)   r ep r esen ts   a  m ass iv ely   p ar allel,   m u lti - co r e  p r o ce s s o r   r en o wn e d   f o r   its   s u b s tan tial  c o m p u tatio n al  ca p ac ity .   I ts   af f o r d ab ilit y ,   i m p r ess iv e  f lo atin g   p o in t  th r o u g h p u t,   an d   ef f icien t  m em o r y   ac ce s s   h av e  g ar n er e d   g r o win g   in te r est  am o n g   e x p er ts   in   ad v an ce d   co m p u tin g   p er f o r m an ce   [ 2 4 ] .   T h e   C UDA  im p lem en tatio n   en co m p ass es  th r ee   p r im ar y   s tag e s   o f   co m p u tatio n :  d ata  tr an s f er   to   GPU  g lo b al  m em o r y ,   e x ec u tio n   o f   th e  C U DA  k er n el   [ 2 5 ] ,   an d   r etr iev al   o f   r esu lts   f r o m   GPU  m em o r y   to   C PU  m em o r y .   Alth o u g h   v ar io u s   p ar allel  ap p r o ac h es  wer e  i n v esti g ated   i n   [ 3 2 ] ,   th is   s tu d y   o p ts   f o r   th e  C UDA  ap p r o ac h ,   u tili zin g   th e  cy clic  r e d u ctio n   t ec h n iq u e.   T h e  p r o ce d u r e  f o r   s o lv in g   th e   p r o b lem   is   d etailed   in   Alg o r ith m   1 .     Alg o r ith m 1 .   E x ec u tio n   o f   2 D  wav e  eq u atio n   1.  Compute initial condition matrix H 0            Initialize matrix H with H 0   based on the initial condition (2).   2. Time - stepping loop :       while   t < t end   do :   3.Solve in the x - direction :            For each row j=0,. .. , m                For each column i=0,.. . , m               calculate  the  tridiagonal system elemen ts a i ,b i ,c i ,f i               call  the  function  Cyclic_Re (a i ,b i ,c i ,f i ,y i , m )   to solve the tridiagonal system.                calculate matrix H x   4.Solve in the y - direction :            For each column  i=0,... , m                For each row j=0,... , m                   calculate  the  tridiagonal system elements a j ,b j ,c j ,f j                call  the  function  Cyclic_Re (a j ,b j ,c j ,f j ,y j , m )                  calculate matrix H y   5.Update the matrices :               Swap  H   with  H x               Swap  H 0   with  H y .                 Update the time step  t   by incrementing  t   by  Δt .   6 . End of time - stepping loop .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         P a r a llel n u merica l simu la tio n   o f th e  2 D  a co u s tic  w a ve   eq u a tio n   ( A r s h yn   A ltyb a y)   6523   I n   th is   co n tex t,  ,  0 ,  ,   r ep r esen t  H i , j k − 1 / 2 , H i , j k , H i , j k + 1 / 2 , H i , j k + 1   r esp ec tiv ely .   W ith in   th e   ⅈ _  ( )   f u n ctio n ,   t h er e  a r e  th r ee   d ev i ce   f u n ctio n s :    ( ) ,   _ ( ) ,  an d      ( ) ,   alo n g s id e  o n e  h o s t  f u n ctio n ,     ⅈ ( ) .   I n itially ,   th e   b lo ck   s ize  n ee d s   to   b e   ca lcu l ated   b ased   o n   th e   m atr ix   s ize  an d   th e   f o r war d   a n d   b ac k war d   s u b - s tep s .   T h is   in v o lv es a   cy cle  wh er e  we  iter ate  o v er   th e   co m p u tatio n       for (i=0;   i<log2( m +1) - 1;   i++) {   ste _N =( m - pow(2.0, i+1))/pow(2.0, i+1)+1;   calDim ( ste_N ,&dimBlock,&dimGrid);   CRForwa <<>>(d_a,   d_b,   d_c,   d_f,   n,   ste_N ,   i);    }     wh er e   2 ( + 1 ) − 1   is   th e  s tep   n u m b er ,   an d   th e    _   v ar iab le   is   u s ed   to   d ete r m in e  th e   r e q u ir ed   b l o ck   s ize.   Af ter   th e    ⅈ ( )   f u n ctio n   h as   d eter m in ed   t h e  b lo ck   s ize,   th e     ( )   f u n ctio n   is   ex ec u ted    2 ( + 1 ) − 1   tim es.   T h u s ,   th e  s y s tem   ca n   r ed u ce   th e  e q u atio n   b y   o n e.   T h e  b lo ck s   ar e  s y n ch r o n ize d ,   f o llo wed   b y   th e  in v o ca tio n   o f   th e   _ ( )   f u n ctio n ,   wh ic h   co m p u tes  two   u n k n o w n s .   Af ter   th at,   a  lo o p   is   u s ed   with   th e  f o llo win g   s tr u ct u r e:     for (i=log2( m +1) - 2;   i>=0;   i) {   ste_N =( m - pow(2.0,  i+1))/pow(2.0, i+1)+1;   calDim ( ste_N , &dimBlock, &dimGrid);   CRBackw <<>>(d_a,   d_b,   d_c,   d_f,   d_x,   n,   ste_N ,   i);   }     I n   th is   co n tex t,  t h e  b ac k war d   s u b s titu tio n   p r o ce s s   is   ex ec u ted    2 ( + 1 ) – 2   tim es,  as  th e  in itial  b ac k wa r d   s u b s titu tio n   s u b - s tep   is   h an d led   b y   th e    ⅈ   f u n ctio n .   Su b s eq u en tly ,   th e  d_x   ar r ay   is   co m p u te d ,   an d   th en   th is   co m p u ted   d ata   is   tr an s f er r ed   f r o m   th e  d ev ice  t o   th e   h o s t  u s in g   th e   cu d a Memcp y   f u n ctio n   with   th e   p ar am eter s   , _ , ⅈ   (   ) ∗ ,   an d      ⅈ   .       5.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   I n   th e   f o llo win g   s ec tio n ,   we   p r esen t  th e  f in d in g s   d er i v ed   f r o m   ex p e r im en ts   co n d u cte d   o n   a  d esk to p   s y s tem   eq u ip p ed   with   a   GeFo r ce   R T X  2 0 8 0   s etu p   f ea tu r i n g   4 3 5 2   c o r es.  T h e  s y s tem   also   co m p r is es  an   NVI DI A  GPU,   I n tel  C o r e   ( T M)   i7 - 9 8 0 0 X  Pro ce s s o r   clo ck ed   at  3 . 8 0   GHz ,   an d   6 4   GB   R AM .   T h e   m o d elin g   p ar am eter s   ar e  co n f ig u r ed   as  f o llo ws:   th e  g r id   s ize  r em ai n s   co n s is ten t  in   b o th   d ir ec tio n s ,   with   ∆ = ∆ ,  wh ile  th e  tim e   s tep   ∆   is   s et  to   0 . 0 5 .   T h e   s im u latio n   d u r atio n   is   T   =  1 0 . 0 ,   r esu ltin g   i n   a   t o tal  o f   2 0 0 - tim e   s tep s .   Fo r   a  m o r e   co m p r eh en s iv e  ev alu atio n ,   we  c o n d u cted   test s   u s in g   f o u r   d if f er en t  c o m p u tatio n al  d o m ain   s izes: 5 1 2 ×5 1 2 ,   1 0 2 4 ×1 0 2 4 ,   2 0 4 8 ×2 0 4 8 ,   an d   4 0 9 6 ×4 0 9 6 .   T h e  ef f ec tiv en ess   o f   a  p ar alle l  alg o r ith m   is   ass es s ed   b y   m ea s u r in g   its   ac ce ler atio n .  Acc eler atio n   is   d eter m in ed   b y   c o m p ar in g   th e  b est  r u n tim e  o f   a  s eq u e n tial  alg o r ith m   with   th e   lo n g est  r u n t im e  o f   th e  p ar allel   alg o r ith m   f o r   a  g iv en   p r o b lem .   T ab le  1   p r o v id es  in s ig h ts   in to   th e  ex ec u tio n   d u r atio n s   ( in   s ec o n d s )   f o r   b o t h   th e   s eq u en tial  im p lem en tatio n   ( C PU  tim e)   an d   th e   C UDA  im p lem en tatio n   ( GPU  tim e) .   Ad d itio n ally ,   th e  tab le  p r esen ts   th e   ex ec u tio n   tim es  o f   cy clic   r ed u ctio n   m eth o d s   f o r   task s ,   alo n g   with   th e   co r r esp o n d in g   ac ce l er atio n   c o ef f icien ts   ac h iev ed   o n   d iv er s e  d e v ices.  T h is   co m p ar ativ e  an al y s is   h ig h lig h ts   th e  ef f icien cy   g ain s   o f f er ed   b y   th e  GPU  im p lem en tatio n ,   d em o n s tr atin g   th e  p o ten tial  f o r   s u b s tan tial  p er f o r m an ce   im p r o v em e n ts   wh en   u s in g   p ar allel   co m p u tin g   tech n iq u es o v er   tr a d itio n al  s eq u en tial m eth o d s .       T ab le  1 .   Per f o r m an ce   m ea s u r e m en ts   an d   ac ce ler atio n   an aly s i s   u s in g   th e  I n tel  C o r e   ( T M)   i7 - 9 8 0 0 X,     3 . 8 0   GHz ,   a n d   NVI DI A  R T X  2 0 8 0   T I   ar c h itectu r e   Me s h   s izes   C PU tim e   GPU   tim e   Acc eler atio n   5 1 2   ×  5 1 2   6 . 45   2 . 87   2 . 25   1 0 2 4   ×   1 0 2 4   29 . 36   8 . 06   3 . 64   2 0 4 8   ×   2 0 4 8   125 . 47   30 . 45   4 . 12   4 0 9 6   ×   4 0 9 6   525 . 59   78 . 33   6 . 71       6.   CO NCLU SI O N   T h is   ar ticle  ex p lo r es  th e  c o m p u tatio n al  r eso l u tio n   o f   a   two - d im en s io n al  wa v e  eq u atio n   u tili zin g   an   im p licit  s o lu tio n   s tr ateg y .   A  tech n iq u e  f o r   r eso lv in g   th e  two - d im en s io n al  wav e  eq u atio n   co m p u tatio n ally   v ia  th e  f in ite  d if f er en c e  m eth o d   is   o u tlin ed .   Fu r th e r m o r e ,   a  s tr at eg y   f o r   p ar allelizin g   t h e  cy cli c  r ed u ctio n   m et h o d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :  6 5 1 9 - 6 5 2 5   6524   o n   a  g r ap h ics  p r o ce s s o r   is   in tr o d u ce d .   W e  d e v is ed   a  m eth o d   f o r   p a r allelizin g   th e  r o u n d - r o b in   tech n iq u e   o n   NVI DI A  GPUs   an d   s h o wca s ed   its   ac ce ler atio n   ca p ab ilit ies.  Ou r   ex p er im en tatio n   with   ac c eler atin g   th e   r o u n d - r o b in   m eth o d   y ield ed   p r o m i s in g   r esu lts .   W e  s ee   th at  it   was  s u cc es s f u l:  th e  s p ee d u p   ac h iev ed   wh en   im p lem en ted   o n   th e  GPU  was 6 . 7 1 .       ACK NO WL E DG M E N T   T h is   r esear ch   is   f u n d ed   b y   th e  C o m m ittee  o f   Scien ce   o f   th e  Min is tr y   o f   Scien ce   an d   Hig h er   E d u ca tio n   o f   th e   R ep u b lic  o f   Kaz ak h s tan   ( Gr an t N o .   AP1 4 9 7 2 0 3 2 ) .       RE F E R E NC E S    [ 1 ]   A .   A l t y b a y ,   M .   R u z h a n sk y ,   a n d   N .   To k ma g a m b e t o v ,   “ A   p a r a l l e l   h y b r i d   i mp l e m e n t a t i o n   o f   t h e   2 D   a c o u st i c   w a v e   e q u a t i o n , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   N o n l i n e a r   S c i e n c e s  a n d   N u m e ri c a l   S i m u l a t i o n ,   v o l .   2 1 ,   n o .   7 – 8 ,   p p .   8 2 1 – 8 2 7 ,   Ju l .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 5 1 5 / i j n s n s - 2 0 1 9 - 0 2 2 7 .   [ 2 ]   A .   K l ö c k n e r ,   T .   W a r b u r t o n ,   J.  B r i d g e ,   a n d   J .   S .   H e st h a v e n ,   “ N o d a l   d i sc o n t i n u o u s  G a l e r k i n   met h o d s  o n   g r a p h i c s  p r o c e s so r s, ”   J o u rn a l   o f   C o m p u t a t i o n a l   P h y s i c s ,   v o l .   2 2 8 ,   n o .   2 1 ,   p p .   7 8 6 3 – 7 8 8 2 ,   N o v .   2 0 0 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j c p . 2 0 0 9 . 0 6 . 0 4 1 .   [ 3 ]   N .   B e l l   a n d   M .   G a r l a n d ,   “ Ef f i c i e n t   s p a r se  mat r i x - v e c t o r   m u l t i p l i c a t i o n   o n   C U D A , ”   N V I D I A   Te c h n i c a l   R e p o r t   N V R - 2 0 0 8 - 004 ,   2 0 0 8 .   [ 4 ]   E.   El s e n ,   P .   Le G r e s l e y ,   a n d   E .   D a r v e ,   “ L a r g e   c a l c u l a t i o n   o f   t h e   f l o w   o v e r   a   h y p e r so n i c   v e h i c l e   u si n g   a   G P U , ”   J o u r n a l   o f   C o m p u t a t i o n a l   Ph y si c s ,   v o l .   2 2 7 ,   n o .   2 4 ,   p p .   1 0 1 4 8 – 1 0 1 6 1 ,   D e c .   2 0 0 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j c p . 2 0 0 8 . 0 8 . 0 2 3 .   [ 5 ]   Y .   Zh a n g ,   J .   C o h e n ,   a n d   J .   D .   O w e n s,   “ F a st   t r i d i a g o n a l   so l v e r s  o n   t h e   G P U , ”   AC M  S I G PLAN  N o t i c e s ,   v o l .   4 5 ,   n o .   5 ,   p p .   1 2 7 – 1 3 6 ,   Jan .   2 0 1 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 1 8 3 7 8 5 3 . 1 6 9 3 4 7 2 .   [ 6 ]   Y .   Z h a n g ,   J .   C o h e n ,   A .   A .   D a v i d so n ,   a n d   J.   D .   O w e n s ,   “ A   h y b r i d   me t h o d   f o r   s o l v i n g   t r i d i a g o n a l   s y st e ms  o n   t h e   G P U , ”   i n   G P U   C o m p u t i n g   G e m s  J a d e   E d i t i o n ,   El s e v i e r ,   2 0 1 2 ,   p p .   1 1 7 – 1 3 2 .   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / b 9 7 8 - 0 - 12 - 3 8 5 9 6 3 - 1 . 0 0 0 1 1 - 3.   [ 7 ]   A .   D a v i d s o n   a n d   J .   D .   O w e n s,   “ R e g i st e r   p a c k i n g   f o r   c y c l i c   r e d u c t i o n :   a   c a se  st u d y , ”   U C   D a v i s:   I n st i t u t e   f o r  D a t a   An a l y si s  a n d   Vi su a l i z a t i o n ,   M a r .   2 0 1 1 .   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 1 9 6 4 1 7 9 . 1 9 6 4 1 8 5 .   [ 8 ]   A .   D a v i d so n ,   Y .   Z h a n g ,   a n d   J.  D .   O w e n s,   “ A n   a u t o - t u n e d   m e t h o d   f o r   s o l v i n g   l a r g e   t r i d i a g o n a l   s y st e ms  o n   t h e   G P U , ”   i n   2 0 1 1   I EEE  I n t e r n a t i o n a l   Pa r a l l e l   &   D i s t ri b u t e d   Pr o c e ss i n g   S y m p o si u m ,   M a y   2 0 1 1 ,   p p .   9 5 6 – 9 6 5 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I P D P S . 2 0 1 1 . 9 2 .   [ 9 ]   D .   G o d d e k e   a n d   R .   S t r z o d k a ,   “ C y c l i c   r e d u c t i o n   t r i d i a g o n a l   s o l v e r s   o n   G P U s  a p p l i e d   t o   m i x e d - p r e c i s i o n   mu l t i g r i d , ”   I EE E   T ra n s a c t i o n s  o n   P a ra l l e l   a n d   D i s t ri b u t e d   S y st e m s ,   v o l .   2 2 ,   n o .   1 ,   p p .   2 2 – 3 2 ,   Jan .   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / t p d s. 2 0 1 0 . 6 1 .   [ 1 0 ]   H. - S .   K i m,   S .   W u ,   L .   C h a n g ,   a n d   W .   W .   H w u ,   “ A   s c a l a b l e   t r i d i a g o n a l   so l v e r   f o r   G P U s,”   2 0 1 1   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   Pa r a l l e l   Pr o c e ssi n g ,   T a i p e i ,   Ta i w a n ,   2 0 1 1 ,   p p .   4 4 4 - 4 5 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / i c p p . 2 0 1 1 . 4 1 .   [ 1 1 ]   N .   S a k h a r n y k h ,   “ Tr i d i a g o n a l   s o l v e r s   o n   t h e   G P U   a n d   a p p l i c a t i o n s   t o   f l u i d   si mu l a t i o n , ”   i n   N VI D I A  G PU   T e c h n o l o g y   C o n f e re n c e ,  2 0 0 9 ,   p p .   1 7 – 1 9 .   [ 1 2 ]   Z.   W e i ,   B .   J a n g ,   Y .   Zh a n g ,   a n d   Y .   Ji a ,   “ P a r a l l e l i z i n g   a l t e r n a t i n g   d i r e c t i o n   i mp l i c i t   so l v e r   o n   G P U s,”   Pr o c e d i a   C o m p u t e r  S c i e n c e ,  v o l .   1 8 ,   p p .   3 8 9 – 3 9 8 ,   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . p r o c s . 2 0 1 3 . 0 5 . 2 0 2 .   [ 1 3 ]   M .   S o u r i ,   P .   A k b a r z a d e h ,   a n d   H .   M a h mo o d i   D a r i a n ,   “ P a r a l l e l   T h o mas   a p p r o a c h   d e v e l o p m e n t   f o r   so l v i n g   t r i d i a g o n a l   s y st e ms   i n   G P U   p r o g r a mm i n g - S t e a d y   a n d   u n s t e a d y   f l o w   s i mu l a t i o n , ”   M e c h a n i c s   a n d   I n d u st ry ,   v o l .   2 1 ,   n o .   3 ,   p .   3 0 3 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 5 1 / me c a / 2 0 2 0 0 1 3 .   [ 1 4 ]   M .   A .   D i a z ,   M .   A .   S o l o v c h u k ,   a n d   T.   W .   H .   S h e u ,   “ H i g h - p e r f o r ma n c e   m u l t i - G P U   so l v e r   f o r   d e scri b i n g   n o n l i n e a r   a c o u s t i c   w a v e s   i n   h o mo g e n e o u s  t h e r m o v i s c o u s   med i a , ”   C o m p u t e rs  a n d   F l u i d s ,   v o l .   1 7 3 ,   p p .   1 9 5 – 2 0 5 ,   S e p .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mp f l u i d . 2 0 1 8 . 0 3 . 0 0 8 .   [ 1 5 ]   D .   M i c h é a   a n d   D .   K o ma t i t sc h ,   “ A c c e l e r a t i n g   a   t h r e e - d i me n si o n a l   f i n i t e - d i f f e r e n c e   w a v e   p r o p a g a t i o n   c o d e   u s i n g   G P U   g r a p h i c s  c a r d s :   A c c e l e r a t i n g   a   w a v e   p r o p a g a t i o n   c o d e   u s i n g   G P U s,”   G e o p h y si c a l   J o u r n a l   I n t e rn a t i o n a l ,   M a y   2 0 1 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 1 1 / j . 1 3 6 5 - 2 4 6 x . 2 0 1 0 . 0 4 6 1 6 . x .   [ 1 6 ]   R .   M e h r a ,   N .   R a g h u v a n sh i ,   L .   S a v i o j a ,   M .   C .   L i n ,   a n d   D .   M a n o c h a ,   “ A n   e f f i c i e n t   G P U - b a s e d   t i m e   d o mai n   s o l v e r   f o r   t h e   a c o u st i c   w a v e   e q u a t i o n , ”   A p p l i e d   A c o u s t i c s ,   v o l .   7 3 ,   n o .   2 ,   p p .   8 3 – 9 4 ,   F e b .   2 0 1 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a p a c o u s t . 2 0 1 1 . 0 5 . 0 1 2 .   [ 1 7 ]   M .   La s t r a ,   M .   J.  C a s t r o   D í a z ,   C .   U r e ñ a ,   a n d   M .   d e   l a   A s u n c i ó n ,   “ Ef f i c i e n t   mu l t i l a y e r   sh a l l o w - w a t e r   s i mu l a t i o n   sy st e m  b a s e d   o n   G P U s,”   M a t h e m a t i c s   a n d   C o m p u t e rs   i n   S i m u l a t i o n ,   v o l .   1 4 8 ,   p p .   4 8 – 6 5 ,   J u n .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . ma t c o m. 2 0 1 7 . 1 1 . 0 0 8 .   [ 1 8 ]   A .   P .   E n g s i g - K a r u p ,   H .   B .   B i n g h a m ,   a n d   O .   Li n d b e r g ,   “ A n   e f f i c i e n t   f l e x i b l e - o r d e r   m o d e l   f o r   3 D   n o n l i n e a r   w a t e r   w a v e s,”   J o u r n a l   o f   C o m p u t a t i o n a l   P h y s i c s ,   v o l .   2 2 8 ,   n o .   6 ,   p p .   2 1 0 0 – 2 1 1 8 ,   A p r .   2 0 0 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j c p . 2 0 0 8 . 1 1 . 0 2 8 .   [ 1 9 ]   D .   G r e a v e s ,   “ A p p l i c a t i o n   o f   t h e   f i n i t e   v o l u me   me t h o d   t o   t h e   s i m u l a t i o n   o f   n o n l i n e a r   w a t e r   w a v e s, ”   i n   A d v a n c e s  i n   N u m e ri c a l   S i m u l a t i o n   o f   N o n l i n e a r   W a t e r  Wa v e s ,   W o r l d   S c i e n t i f i c ,   2 0 1 0 ,   p p .   3 5 7 – 3 9 6 .   d o i :   1 0 . 1 1 4 2 / 9 7 8 9 8 1 2 8 3 6 5 0 2 _ 0 0 1 0 .   [ 2 0 ]   G .   R .   R i c h t e r ,   “ A n   e x p l i c i t   f i n i t e   e l e me n t   me t h o d   f o r   t h e   w a v e   e q u a t i o n , ”   Ap p l i e d   N u m e r i c a l   Ma t h e m a t i c s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 – 2 ,     p p .   6 5 – 8 0 ,   D e c .   1 9 9 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / 0 1 6 8 - 9 2 7 4 ( 9 4 ) 0 0 0 4 8 - 4.   [ 2 1 ]   D .   K o ma t i t sc h   a n d   J .   Tr o mp ,   “ S p e c t r a l - e l e me n t   si m u l a t i o n s  o f   g l o b a l   se i smic   w a v e   p r o p a g a t i o n - I I .   Th r e e - d i m e n s i o n a l   m o d e l s ,   o c e a n s,  r o t a t i o n   a n d   se l f - g r a v i t a t i o n , ”   G e o p h y si c a l   J o u rn a l   I n t e rn a t i o n a l ,   v o l .   1 5 0 ,   n o .   1 ,   p p .   3 0 3 – 3 1 8 ,   Ju l .   2 0 0 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 4 6 / j . 1 3 6 5 - 2 4 6 x . 2 0 0 2 . 0 1 7 1 6 . x .   [ 2 2 ]   A .   A l t y b a y ,   A .   N a k i s k h o z h a y e v a ,   a n d   D .   D a r k e n b a y e v ,   “ N u meri c a l   si mu l a t i o n   a n d   p a r a l l e l   c o m p u t i n g   o f   t h e   a c o u s t i c   w a v e   e q u a t i o n , ”   2 0 2 4 .   d o i :   1 0 . 1 0 6 3 / 5 . 0 1 9 4 6 7 6 .   [ 2 3 ]   H. - L.   L i a o   a n d   Z. - Z .   S u n ,   “ A   t w o - l e v e l   c o mp a c t   A D I   met h o d   f o r   s o l v i n g   s e c o n d - o r d e r   w a v e   e q u a t i o n s,”   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   C o m p u t e r   M a t h e m a t i c s ,   v o l .   9 0 ,   n o .   7 ,   p p .   1 4 7 1 – 1 4 8 8 ,   J u l .   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 0 / 0 0 2 0 7 1 6 0 . 2 0 1 2 . 7 5 4 0 1 6 .   [ 2 4 ]   A .   A l t y b a y ,   D .   D a r k e n b a y e v ,   a n d   N .   M e k e b a y e v ,   “ N u m e r i c a l   s i m u l a t i o n   a n d   G P U   c o m p u t i n g   f o r   t h e   2 D   w a v e   e q u a t i o n   w i t h   v a r i a b l e   c o e f f i c i e n t , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   S i m u l a t i o n   a n d   Pro c e ss  M o d e l l i n g ,   v o l .   1 ,   n o .   1 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 5 0 4 / I JS P M . 2 0 2 4 . 1 0 0 6 2 8 6 7 .   [ 2 5 ]   A .   A .   S a mars k i i ,   T h e   t h e o ry  o f   d i f f e r e n c e   sc h e m e s .   C R C   P r e ss ,   2 0 0 1 .   d o i :   1 0 . 1 2 0 1 / 9 7 8 0 2 0 3 9 0 8 5 1 8 .   [ 2 6 ]   D .   W .   P e a c e m a n   a n d   H .   H .   R a c h f o r d ,   Jr . ,   “ T h e   n u mer i c a l   s o l u t i o n   o f   p a r a b o l i c   a n d   e l l i p t i c   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n s , ”   J o u rn a l   o f   t h e   S o c i e t y   f o r I n d u s t ri a l   a n d   A p p l i e d   M a t h e m a t i c s ,   v o l .   3 ,   n o .   1 ,   p p .   2 8 – 4 1 ,   M a r .   1 9 5 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 3 7 / 0 1 0 3 0 0 3 .   [ 2 7 ]   R .   M .   W e i ss a n d   J.  S h r a g g e ,   “ S o l v i n g   3 D   a n i s o t r o p i c   e l a st i c   w a v e   e q u a t i o n s o n   p a r a l l e l   G P U   d e v i c e s, ”   G e o p h y si c s ,   v o l .   7 8 ,   n o .   2 ,   p p .   F 7 ---- F 1 5 ,   M a r .   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 9 0 / G EO 2 0 1 2 - 0 0 6 3 . 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         P a r a llel n u merica l simu la tio n   o f th e  2 D  a co u s tic  w a ve   eq u a tio n   ( A r s h yn   A ltyb a y)   6525   [ 2 8 ]   G .   B a l a k a y e v a ,   G .   K a l me n o v a ,   D .   D a r k e n b a y e v ,   a n d   C .   P h i l l i p s,   “ D e v e l o p men t   o f   a n   a p p l i c a t i o n   f o r   t h e   t h e r mal   p r o c e ssi n g   o f   o i l  sl i m e   i n   t h e   i n d u s t r i a l   o i l   a n d   g a s   se c t o r , ”   I n f o rm a t y k a ,   A u t o m a t y k a ,   P o m i a ry   w   G o sp o d a r c e   i   O c h ro n i e   Ś r o d o w i s k a ,   v o l .   1 3 ,     n o .   2 ,   p p .   2 0 – 2 6 ,   J u n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 5 7 8 4 / i a p g o s. 3 4 6 3 .   [ 2 9 ]   G .   T.   B a l a k a y e v a ,   C .   P h i l l i p s,   D .   K .   D a r k e n b a y e v ,   a n d   M .   Tu r d a l i y e v ,   “ U si n g   N o S Q L  f o r   p r o c e ssi n g   u n s t r u c t u r e d   b i g   d a t a , ”   N EW S   o f   N a t i o n a l   Ac a d e m y   o f   S c i e n c e s   o f   t h e   R e p u b l i c   o f   K a z a k h s t a n ,   v o l .   6 ,   n o .   4 3 8 ,   p p .   1 2 – 2 1 ,   D e c .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 3 2 0 1 4 / 2 0 1 9 . 2 5 1 8 - 1 7 0 x . 1 5 1 .   [ 3 0 ]   D .   D a r k e n b a y e v ,   A .   A l t y b a y ,   Z .   D a r k e n b a y e v a ,   a n d   N .   M e k e b a y e v ,   “ I n t e l l i g e n t   d a t a   a n a l y si s  o n   a n   a n a l y t i c a l   p l a t f o r m , ”   I n f o rm a t y k a ,   Au t o m a t y k a ,   Po m i a r y   w   G o s p o d a rc e   i   O c h r o n i e   Ś r o d o w i ska ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 ,   p p .   1 1 9 – 1 2 2 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 5 7 8 4 / i a p g o s . 5 4 2 3 .   [ 3 1 ]   R .   B a i m a k h a n ,   Z.   K a d i r o v a ,   A .   S e i n a ss i n o v a ,   A .   B a i ma k h a n ,   a n d   Z.   A b d i a k h me t o v a ,   “ M a t h e ma t i c a l   m o d e l i n g   o f   t h e   w a t e r   sat u r a t i o n   a l g o r i t h m   o f   t h e   m o u n t a i n   sl o p e   o n   t h e   e x a m p l e   o f   t h e   c a t a s t r o p h i c   l a n d s l i d e   o f   t h e   N o r t h e r n   Ti e n   S h a n   A k   K a i n , ”   Ma t h e m a t i c a l   M o d e l l i n g   o f   E n g i n e e r i n g   Pr o b l e m s ,   v o l .   8 ,   n o .   3 ,   p p .   4 6 7 – 4 7 6 ,   J u n .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 8 2 8 0 / mm e p . 0 8 0 3 1 8 .   [ 3 2 ]   A .   T e mi r b e k o v ,   A .   A l t y b a y ,   L.   T e mi r b e k o v а ,   a n d   S .   K a s e n o v ,   “ D e v e l o p men t   o f   p a r a l l e l   i m p l e me n t a t i o n   f o r   t h e   N a v i e r - S t o k e s   e q u a t i o n   i n   d o u b l y   c o n n e c t e d   a r e a s  u si n g   t h e   f i c t i t i o u s  d o m a i n   me t h o d , ”   E a st e rn - E u r o p e a n   J o u rn a l   o f   En t e r p r i se  T e c h n o l o g i e s ,  v o l .   2 ,   n o .   4   ( 1 1 6 ) ,   p p .   3 8 – 4 6 ,   A p r .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 5 5 8 7 / 1 7 2 9 - 4 0 6 1 . 2 0 2 2 . 2 5 4 2 6 1 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS        Ar shy n   Alt y b a y           P h . D.,   a ss o c iate   p r o fe ss o r  o f  t h e   De p a rtm e n t   o f  C o m p u ter  S c ien c e ,   F a c u lt y   o f   In f o rm a ti o n   Tec h n o lo g ies ,   Al - F a ra b i   Ka z a k h   Na ti o n a l  Un i v e rsity   a n d   re se a rc h e r  a t  th e   In stit u te  o f  M a t h e m a ti c s   a n d   M a th e m a ti c a l  M o d e li n g ,   Alm a ty ,   Ka z a k h sta n .   Re se a rc h   in tere sts:  n u m e rica l  sim u latio n   o f   P DE,   n u m e rica l  a n a ly sis,  h ig h - p e rfo rm a n c e   c o m p u ti n g ,   n u m e rica l  m e th o d s,   p a ra ll e l  p ro g ra m m in g ,   m a c h in e   lea rn in g ,   d e e p   lea rn in g   i n   in v e rse   p r o b lem s.   He   c a n   b e   c o n t a c ted   a t  e m a il :  a rsh y n . a lt y b a y @ g m a il . c o m .         Da u r e n   Da r k e n b a y e v           P h . D.,   a s so c i a te   p ro fe s so r  o f  th e   D e p a rt m e n t   o f   Co m p u t e r   S c i e n c e ,   F a c u lt y   o f  In fo rm a t io n   Te c h n o lo g ie s  a n d   D e p a rt m e n t  o f  Co m p u ta ti o n a l  S c ien c e s   a n d   S t a ti sti c s,  F a c u l ty   o f  M e c h a n i c s  a n d   M a th e m a t ic s,  A l - F a r a b i  K a z a k h   N a ti o n a l  Un iv e rs it y ,   Al m a ty ,   K a z a k h st a n .   Hi s   r e s e a r c h   in te r e st s   in c l u d e   b ig   d a ta   p ro c e s sin g ,  m a th e m a ti c a l ,   a n d   c o m p u t e r  m o d e li n g ,   d e v e lo p m e n t  o f  c o m p u te r   sy st e m s  fo r  th e   e d u c a ti o n a l  p ro c e s s,  m a c h in e   l e a rn in g ,   d e e p   le a rn in g   in   in v e r s e   p ro b l e m s .   He   c a n   b e   c o n t a c ted   a t  e m a il :   d a u r e n . k a d y ro v ich @g m a i l. c o m .           Nurba p a   Mekeba y e v           P h . D.  in   c o m p u ter sc ien c e   fro m   Al - F a ra b i  Ka z a k h   Na ti o n a l  Un iv e rsity ,   Alm a ty ,   Ka z a k h sta n ,   in   2 0 2 0 .   Cu rre n t ly ,   h e   is  a   se n io r  re se a rc h e r  a t  th e   In stit u te  o f   In fo rm a ti o n   a n d   C o m p u ti n g   Tec h n o lo g ies   in   Alm a ty ,   Ka z a k h sta n ,   a n d   a n   a ss o c iate   p ro fe ss o r   a t  th e   De p a rtme n t  o f  C o m p u ter  S c ien c e   o f  th e   Ka z a k h   Na ti o n a l  Wo m e n ' s  Tea c h e r  Train in g   Un iv e rsity   i n   Alm a ty ,   Ka z a k h st a n .   His  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   m a c h in e   lea rn in g ,   d e e p   lea rn in g   i n v e rse   p r o b lem s  a n d   c o m p u tati o n a l   li n g u ist ics .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :   n u r b a p a @m a il . ru .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.