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A GPU-Accelerated Mixed-Precision WENO Method for Extremal Black Hole and Gravitational Wave Physics Computations

Communications on Applied Mathematics and Computation 2023年第1期5卷 97-115页

作者： Scott E.Field Sigal Gottlieb Zachary J.Grant Leah F.Isherwood Gaurav Khanna University of Massachusetts Dartmouth North DartmouthMA 02747USA Department of Computational and Applied Mathematics Oak Ridge National LaboratoryOak RidgeTN 37830USA University of Rhode Island KingstonRI 02881USA

We develop and use a novel mixed-precision weighted essentially non-oscillatory(WENO)method for solving the Teukolsky equation,which arises when modeling perturbations of Kerr black *** show that WENO methods outperform higher-order finite-difference methods,standard in the discretization of the Teukolsky equation,due to the need to add dissipation for stability purposes in the *** particular,as the WENO scheme uses no additional dissipation,it is well suited for scenarios requiring long-time evolution such as the study of price tails and gravitational wave emission from extreme mass ratio *** the mixed-precision approach,the expensive computation of the WENO weights is performed in reduced floating-point precision that results in a significant speedup factor of≈*** addition,we use state-of-the-art Nvidia general-purpose graphics processing units and cluster parallelism to further accelerate the WENO *** optimized WENO solver can be used to quickly generate accurate results of significance in the field of black hole and gravitational wave *** apply our solver to study the behavior of the Aretakis charge—a conserved quantity,that if detected by a gravitational wave observatory like LIGO/Virgo would prove the existence of extremal black holes.

关键词： numerical methods-finite differencing Hyperbolic Partial differential equations Black holesblack holes WENO

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