Коллектив

• д.т.н., проф. Гергель В.П. (научный руководитель),
• к.т.н., доц. Мееров И.Б. (отв. исполнитель)
• к.ф.-м.н. Баркалов К.А., старший преподаватель
• Сысоев А.В, ассистент
• Аспиранты Козинов Е.А., Кустикова В.Д., Сиднев А.А.
• Студенты Бастраков С.И., Донченко Р.В., Малова А.Ю., Сафонова Я.Ю.
• При участии к.ф.-м.н. Комарова М.А.

Краткое описание

В курсе излагаются некоторые известные численные алгоритмы и рассматривается круг вопросов, связанных с их распараллеливанием. Рассматриваются прямые методы решения систем линейных алгебраических уравнений с матрицами как общего, так и специального вида (метод исключения Гаусса, разложение Холецкого, метод прогонки), итерационные методы решения систем линейных уравнений (методы простой итерации и верхней релаксации, метод сопряженных градиентов), задачи разреженной алгебры, методы параллельного решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений и дифференциальных уравнений в частных производных, методы Монте-Карло.

Изучение проводится как на модельных, так и на прикладных задачах. Сведения, необходимые для понимания существа задачи и выполнения лабораторных работ, представлены в текстовых описаниях (там где требуется). При выполнении работ активно используются инструменты пакета Intel Parallel Studio XE, поддерживающие процесс создания параллельной программы, начиная с отладки и проверки корректности и заканчивая оценкой эффективности и масштабируемости.

Курс тесно связан с доработанным в 2011 году учебным курсом по технологиям параллельного программирования, изучающим основы технологий MPI, OpenMP, Intel TBB, Intel Cilk Plus, Intel ArBB, OpenCL, CUDA.

Курс рассчитан на преподавателей и научных сотрудников, а также аспирантов и студентов высших учебных заведений. Курс предполагает наличие у читателя базовых знаний и навыков структурного, модульного и объектно-ориентированного программирования. В качестве базового языка рассматривается С/С++. Многие идеи могут быть с успехом перенесены на другой язык, поддерживающий многопоточное программирование, в частности Fortran. Длительность курса - не менее чем 32 часа. Итоговая аттестация проводится по результатам выполнения практических заданий. При проведении занятий используются компьютерные презентации и материалы для лабораторного практикума.

Курс разрабатывается в лаборатории «Информационные технологии» (ITLab) факультета Вычислительной математики и кибернетики Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского в рамках программы развития ННГУ как Национального исследовательского университета при поддержке компании Интел.

Некоторые материалы курса вошли во второе издание учебника, выпущенного издательством МГУ (книга сдана в издательство в 2010 году, поступила в библиотеки в 2011 году):

Корняков К. В., Кустикова В. Д., Мееров И. Б., Сиднев А. А., Сысоев А. В., Шишков А. В. Инструменты параллельного программирования в системах с общей памятью : учебник / под ред. проф. В. П. Гергеля. – М.: Издательство Московского университета, 2010. – 272 с., ил. ISBN 978-5-211-05931-3.http://msupublishing.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=480:2011-09-20-09-37-58&catid=51&Itemid=100104

Учебник допущен УМО по классическому университетскому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям «Прикладная математика и информатика», «Фундаментальная информатика и информационные технологии».

По итогам разработки курса в 2012 году планируется издание двух учебных пособий. Первое будет включать описание технологий и примеры их использования, второе – собственно курс параллельные численные методы, изложение которого опирается на знание технологий.

Курс внедрен в учебный процесс

1. в феврале – мае 2011 года проведена апробация курса на студентах магистратуры факультета ВМК в рамках соответствующего специального курса (охват ~ 60 человек); в настоящий момент курс «Параллельные численные методы» и курс «Модели и методы высокопроизводительных вычислений» на постоянной основе включены в программу магистратуры факультета ВМК (специальности «Прикладная математика и информатика», «Фундаментальная информатика и информационные технологии»;
2. в сентябре 2011 материалы курса использованы при обучении магистрантов по проекту по созданию системы подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения (охват ~200 человек);
3. в сентябре 2011 года материалы курса использованы при проведении программы повышения квалификации профессорско-преподавательского состава «Высокопроизводительные вычисления» (охват 23 человека из университетов ПФО);
4. в ноябре 2011 года – при обучении студентов 5-го курса по проекту «Подготовка и переподготовка профильных специалистов на базе центров образования и разработок в сфере информационных технологий в ПФО» (охват ~100 человек);
5. в ноябре 2011 года – при проведении школы по высокопроизводительным вычислениям в рамках форума «Суперкомпьютерные технологии в образовании, науке и промышленности» (охват ~20 человек);

Новые материалы, разработанные в 2011 году

В результате выполнения данного этапа проекта курс «Параллельные численные методы» дополнен и развит следующими темами:

1. Новый раздел курса «Элементы компьютерной арифметики», включающий лекционную часть и поддержанный лабораторными работами (2 ЛР).
2. Новый раздел курса «Методы решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений», включающий лекционную часть и поддержанный лабораторными работами. Прикладные области – моделирование мозга (ОДУ), финансовая математика (СДУ) (2 ЛР).
3. Расширение раздела курса по линейной алгебре с целью охвата алгоритмов обработки разреженных матриц. Лекционная часть поддержана лабораторными работами. Прикладная задача – распространение тепла в пластине.
4. Расширение раздела курса по методам решения дифференциальных уравнений в частных производных новыми лекционными материалами по применению БПФ для решения систем. Раздел поддержан лабораторными работами. Прикладная задача – распространение тепла в пластине.

В итоге разработано 2 новых и доработано 2 существующих раздела лекционного курса, разработано 6 новых лабораторных работ. Работы используют технологии и инструменты Интел, ориентированные на системы с общей памятью.

 

В 2011 году курс вошел в состав объединенной заявки МГУ-ННГУ на международный конкурс Informatics Europe Curriculum Best Practices Award. Заявка одержала победу.

Текущая версия курса с учетом планов по его дальнейшему развитию представлена на сайте: http://hpcc.unn.ru/?doc=491.

Материалы курса представлены на портале Intel Software Network – http://software.intel.com/ru-ru/articles/courseware_parallel_computation_numerical_methods/

<< вернуться  |   Документ от: 23.01.2012 23:35