课程申请详细信息

课程代码 :

F100516

课程名称 :

数值模拟高性能计算方法

课程英文名称 :

High Performance Computing in Numerical Simulations

课程简称:

类型 :

院系

开课学期:

春季

学科/院系:

(010)船舶海洋与建筑工程学院

课程学分:

2

是否跨学期 :

否

总学时:

36

实验课学时 :

讨论学时 :

周学时 :

课程性质 :

专业课

课程层次 :

硕士课程

课程分类 :

全日制课程

课程类型 :

硕士非学位课

考试方式:

上课方式:

课程教材语种类型:

中文教材

授课语言类型:

仅中文

成绩等级 :

通过不通过

是否绩点统计 :

否

开课状态 :

开课

任课老师:

课程简介 :

高性能计算的需求、意义和发展方向。高性能计算的硬件结构和软件基础，虚拟并行机的概念。并行计算的基本组织原则和应用范围。并行计算的基本问题及其解决方案：工作量平衡问题、分布式计算同步问题、数据交换问题。计算力学方法的共性和特性；计算方法的并行化移植。并行程序的设计原则：数据依赖关系和控制依赖关系分析、并行模式选择；PCAM设计方法；颗粒度、负载平衡、并行开销、加速比性能计算和优化。并行计算实践：集群式硬件系统的构成、基本软件平台的安装、MPI软件平台，程序的并行化。

课程英文简介:

Parallel Computing and Computational Science; Science and Engineering Computing Requirements. Parallel Computer Architecture and Memory Model; virtual Parallel Computer. Software platform. Base of Parallel Algorithms: Load balancing, Synchronization and Communication. Types: Farm, Tree, Pipeline and Teamwork. Design Policy, Techniques and PCMA-Methodology of Parallel Algorithms. Speed up of Parallel Computer. Practice of Parallel Computing: Building of PC-Cluster, MPI-installation and programming. Problem oriented parallel programming.

教学大纲:

1）概论：高性能计算的意义、需求、发展； 2）高性能计算系统的硬件结构和分类方式； 3）高性能计算系统的基本软件平台； 4）并行计算的基本组织原则和基本问题； 5）并行程序的设计方法； 6）科学和工程中的高性能计算； 7）MPI-并行软件系统和CUDA-并行软件系统 8）高性能计算实践

教学进度:

第一章数值模拟高性能计算方法概论高性能计算的意义；科学和工程的需求；能够解决的问题；历史和发展前景。第二章高性能计算系统的硬件高性能计算系统的硬件结构；按储存方式的分类：分布式系统和共享式系统；网络的发展和分类；虚拟并行机。第三章高性能计算系统的基本软件平台并行软件的层次；通用平台的概况；并行软件的基本功能。第四章并行计算的基本组织原则农庄式、层次式、流水线式及其通用群式，结构、层次和应用范围。第五章并行计算的基本问题工作量平衡问题、分布式计算同步问题、数据交换问题。并行效率的测算公式和影响因素。第六章并行程序的设计依赖关系和控制依赖关系分析、并行模式选择；PCAM设计方法；颗粒度、负载平衡、并行开销、加速比性能计算和优化。第七章科学和工程中的高性能计算分域式并行计算原则；结构和非结构分域方法；局部数据交换和总体数据交换；算法选择。第八章 MPI-并行软件系统系统结构；历史和发展；软件库的应用；应用范例。第九章 GPU并行计算和CUDA软件系统图形处理器的矢量化并行计算方法和CUDA软件的基本使用方法第九章高性能计算实践对流扩散方程的并行计算：基本方程及其离散格式，分域方法，相关性分析和计算流程设计，数据交换需求分析和实现。

考试大纲:

二个大作业（2x40分），期末测验（20分）大作业一：以MPI平台为基础，编制、测试并行程序的启动、终结、分域计算用的总体和局部数据交换的子程序，对不同的总体数据交换方式进行评价。大作业二：编制求解对流扩散方程的并行计算程序，对给定问题进行计算，研究颗粒度、分域方法对并行计算效率的影响，给出并行开销的比重。