Introduction to Supercomputer Simulation

2025/2026

Academic Year

RUS

Instruction in Russian

4

ECTS credits

Delivered at:

School of Applied Mathematics

Course type:

Compulsory course

When:

4 year, 2, 3 module

Instructors

Pisarev, Vasily

Smirnov, Grigory

Choi, Yea R.

Программа 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

• Контрольная работа 2 модуля
• Задание
• Экзамен
  Демонстрация навыков работы с суперкомпьютером, запуска и анализа производительности вычислительных задач.

Промежуточная аттестация

• 2025/2026 3rd module
  0.35 * Задание + 0.25 * Контрольная работа 2 модуля + 0.4 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Язык программирования Си, Керниган, Б., 2001

Рекомендуемая дополнительная литература

• Левин, М. П. Параллельное программирование с использованием OpenMP : учебное пособие / М. П. Левин. — 2-е изд. — Москва : ИНТУИТ, 2016. — 133 с. — ISBN 978-5-94774-857-4. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/100358 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
• Малявко, А. А.  Параллельное программирование на основе технологий OpenMP, MPI, CUDA : учебное пособие для академического бакалавриата / А. А. Малявко. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2019. — 129 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-11827-8. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/446247 (дата обращения: 28.08.2023).
• Модели параллельного программирования: Практическое пособие / Федотов И.Е. - М.:СОЛОН-Пр., 2017. - 392 с.: 60x88 1/8. - (Библиотека профессионала) ISBN 978-5-91359-222-4

Авторы

• Никольский Всеволод Павлович
• Писарев Василий Вячеславович
• Смирнов Григорий Сергеевич