Введение в суперкомпьютерное моделирование

2022/2023

Статус: Дисциплина общефакультетского пула

Кто читает: Департамент прикладной математики

Когда читается: 1, 2 модуль

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Логунов Михаил Александрович, Никольский Всеволод Павлович, Писарев Василий Вячеславович, Смирнов Григорий Сергеевич

Язык: русский

Кредиты: 8

Контактные часы: 60

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целями освоения дисциплины является ознакомление студентов с архитектурой и принципами работы современных суперкомпьютеров, технологиями параллельного программирования для систем с общей и распределенной памятью, особенностями использования суперкомпьютеров для решения широкого круга задач физики, химии и биологии методами атомистического моделирования.

Цель освоения дисциплины

Ознакомление студентов с архитектурами суперкомпьютерных систем
Ознакомление студентов с основами работы с суперкомпьютерами.
Ознакомление студентов с основами написания программ для параллельных и распределенных вычислительных систем.
Ознакомление с методами параллелизации простейших вычислительных задач.

Планируемые результаты обучения

Знает ключи оптимизации для компилятора языка Си GCC. Знает понятия SIMD инструкций. Может объяснить разницу в производительности программ с регулярным и случайным доступом к памяти. Знает базовые концепции OpenMP. Умеет компилировать и запускать программу, написанную с применением OpenMP. Умеет писать простейшие параллельные циклы с OpenMP.
Знает основные понятия: задержка и пропускная способность программы, эффективность распараллеливания и масштабируемость программы, законы Амдала и Густафсона-Барсиса. Умеет вычислять эффективную пропускную способность программы. Понимает отличия понятий CPU-bound и bandwidth-bound программ.
Понимает отличия системы с распределенной памятью и общей памятью. Умеет применять библиотеку MPI в программах на языке Си. Умеет распараллеливать простейшие численные алгоритмы.

Содержание учебной дисциплины

Общие концепции производительности и параллельной эффективности вычислительных систем
Параллельное выполнение инструкций в компьютерах с общей памятью: конвейер, SIMD инструкции, многопоточность с OpenMP
Гетерогенные вычислительные системы. Программирование систем с распределенной памятью. Стандарт MPI.

Элементы контроля

Задание № 1
Задание по написанию последовательных программ для решения вычислительных задач, анализу производительности и возможности ускорения путем алгоритмических оптимизаций таких программ, запуску задач на удаленной вычислительной системе через менеджер SLURM.
Задание № 2
Задание по написанию программ с распараллеливанием на несколько потоков для решения вычислительных задач, анализу производительности программ и анализу масштабируемости с ростом числа потоков, анализу возможных узких мест в многопоточных программах, запуску параллельных задач на удаленной вычислительной системе через менеджер SLURM.
Задание №3
Задание по написанию программ с распараллеливанием на несколько процессов для решения вычислительных задач, анализу производительности программ и анализу масштабируемости с ростом числа процессов, анализу возможных узких мест в распределенных программах, запуску распределенных задач на удаленной вычислительной системе через менеджер SLURM.
Экзамен

Промежуточная аттестация

2022/2023 учебный год 2 модуль
0.25 * Задание № 1 + 0.25 * Задание № 2 + 0.25 * Экзамен + 0.25 * Задание №3

Программа дисциплины