Суперкомпьютерные технологии
Дополнительная профессиональная программа
профессиональной переподготовки
Цифровой кафедры НИЯУ МИФИ.
Бесплатно для студентов* московской площадки и филиалов НИЯУ МИФИ

*Обучение могут проходить студенты бакалавриата (начиная со 2-го курса) и специалитета (начиная с 3-го курса) и магистратуры

О программе

Вы научитесь работать с современными высокопроизводительными системами. Изучите различные типы архитектур современных вычислительных кластеров. Получите доступ к суперкомпьютеру и освоите методику работы с ним. Научитесь работать в операционной системе UNIX. Освоите навыки параллельного программирования на MPI и CUDA. Изучите системы автоматизированного проектирования и научитесь оптимизировать точные модели для работы в САЕ-системах. Помимо этого, в рамках курса, Вы освоите методы математического моделирования в открытой интегрированной среде OpenFOAM.

Преимущества программы

  • Обучение проходит в комфортном темпе - легко совмещать с основной учебой.
  • Бесплатно для студентов* московской площадки и филиалов НИЯУ МИФИ.
  • Все слушатели, прошедшие обучение, получат диплом о профессиональной переподготовке НИЯУ МИФИ.
  • Все обучение проходит в дистанционном формате под руководством специалистов НИЯУ МИФИ.
  • *Обучение могут проходить студенты бакалавриата (начиная со 2-го курса) и специалитета (начиная с 3-го курса) и магистратуры
На нашей программе вы
  • научитесь проводить математическое моделирование на высокопроизводительных вычислительных системах
  • изучите основы практического моделирования в САПР системах и технологии оптимизации моделей для расчета
  • научитесь писать параллельный код на MPI и CUDA
  • освоите открытую среду OpenFOAM
Авторы курса
  • Шаргатов Владимир
    Анатольевич
    Доктор физико-математических наук. Заведующий кафедрой суперкомпьютерного моделирования инженерно-физических процессов НИЯУ МИФИ. Директор Центра инженерно-физических расчетов и суперкомпьютерного моделирования.
  • Степин Евгений
    Викторович
    Кандидат физико-математических наук. Старший научный сотрудник Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. Разработчик прикладных программных решений для суперкомпьютерного моделирования процессов в плазменной технике с 2010 года.
  • Чмыхов Михаил
    Александрович
    Кандидат физико-математических наук. Доцент отделения лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ, старший научный сотрудник кафедры прикладной математики НИЯУ МИФИ.
  • Давыдов Александр
    Александрович
    Кандидат физико-математических наук. Ученый секретарь Института прикладной математики имени М.В.Келдыша РАН. Лауреат Премии правительства РФ для молодых ученых. Стаж работы в IT-сфере или в отрасли цифровой экономики: 20 лет.
  • Токарев Антон
    Николаевич
    Старший преподаватель кафедры конструирования приборов и установок института физико-технических интеллектуальных систем НИЯУ МИФИ
  • Рябов Павел
    Николаевич
    Заместитель директора института лазерных и плазменных технологий, доцент кафедры «Прикладная математика» (№31), кандидат физ.-мат. наук.
Содержание программы
Программа реализуется в дистанционном формате
Архитектура вычислительных систем
1. Введение.
Назначение элементов суперкомпьютера. Правила пользования и основы безопасности работы с многопользовательскими компьютерными системами. Лицензионные соглашения, договоры о неразглашении, открытое программное обеспечение, свободное программное обеспечение. Подключение к суперкомпьютеру: основы асимметричной криптографии, ключи SSH, OpenSSH, PuTTY, Cygwin, OpenPGP, GNUPG.
2. Операционные системы и менеджеры ресурсов.
Дистрибутивы Linux. FreeBSD. Утилиты командной строки. FHS. POSIX. Система прав UNIX. STDIO. Управление процессами. Текстовые редакторы, кодировки, перенос каретки. Системы контроля версий, GIT. Основы Bash. Менеджер ресурсов SLURM.
3. Информатика и программирование.
Архитектура процессора, набор инструкций, x86, ARM, RISC-V. Исходный код, бинарный код, ASM, компиляция, GCC, ELF, objdump, GDB. Stack, пространство ядра, пространство пользователя, системный вызов, heap, утечка памяти, strace, valgrind. Профилирования, perf. Объектные файлы, статические и динамические библиотеки, линковка, переменные окружения PATH, INCLUDE_PATH, LIBRARY_PATH, LD_LIBRARY_PATH. Низкоуровневые пакетные менеджеры dpkg, rpm. Высокоуровневые пакетные менеджеры apt, yum. Репозитории программного обеспечения. Установка ПО в многопользовательской ОС с правами пользователя. Внесистемные пакетные менеджеры, pip —user. Системы конфигурирования и сборки исходного кода, make, cmake, autotools.
4. Векторное программирование.
Переменные с плавающей точкой, FP32, FP64. Сопроцессор x87. SIMD, MMX, 3DNow!, SSE, AVX, FMA4, AVX2, AVX512. FLOPS. HPL. Автоматическая оптимизация и векторизация компилятором, переносимость бинарных файлов. Intrinsic. BLAS, LAPACK, Atlas, OpenBLAS. Memory Gap, RAM cache, оптимизация времени исполнения, FFTW.
5. Параллельное программирование на общей памяти.
Многозадачность, прерывания, переключение контекста, вымывание cache, HyperThreading, Shared memory, UMA, NUMA, distributed memory, distributed-shared memory. OpenMP, fork-join model, состояние гонки, атомарность.
6. Параллельное программирование на распределенной памяти.
MPI. OpenMPI, MPICH. Rank, Send. Broadcast, scatter, gather, reduction. Блокирующие и неблокирующие сообщения. Кривая масштабируемости. Задержки ввода-вывода. Последовательный и параллельный ввод-вывод.
7. Программная и аппаратная топология современных суперкомпьютеров при параллельном программировании.
LLC, общие и раздельные кэши, каналы оперативной памяти, SNC, UPI, multi-socket platform topology, system bus topology, PCIe, NVLink. Конвергентные и неконвергентные сети, ethernet, TCP/IP stack, прерывания при передаче данных по сети, InfiniBand link level flow control, драйвер в пространстве пользователя. Блокирующие и неблокирующие сетевые топологии, Tree, FatTree, HyperCube. Данные, метаданные, размер сообщения и производительность. Кластерные файловые системы, POSIX, ROMIO, NCDF4, HDF5.
8. Графические ускорители.
Программирования на неполных по Тьюрингу сопроцессорах. Пропускная способность и задержки различных архитектур оперативной памяти. DDR, GDDR, HBM. Длина процессорного конвейера. Аппаратная поддержка перемеренных разной точности и типов. PCIe, NVLink, InfinityFabric. Свободные и проприетарные драйверы. OpenCL, clBLAS, clFFT. NVIDIA HPC SDK, CUDA, CUDA compute capability, cuBLAS, cuFFT, cuSOLVER. AMD ROCm, HIP, hipSOLVER. ARRAY FIRE, MAGMA. CuPy, Numba. Аппаратное ускорение нейросетей, Nvidia CuDNN, MiOpen, pyTorch, TensorFlow. Google TPU, Google Coral.
9. Квантовые компьютеры.
Квантовая суперпозиция. Кубит. Понятие квантовой логики. Твердотельные и ионные реализации. Классические компьютеры до использования транзисторов: механические, пневматические, ламповые. Квантово-сильное и квантово-слабое измерение. Измерение в классических аналоговых сопроцессорах. Нарушение суперпозиции. Вероятностный характер квантовых операций. Статистический анализ результатов. Квантовое превосходство. Квантовая оптимизация. Квантовая факторизация и криптография. Квантовое моделирование. Эмуляторы квантовых компьютеров. QOSF.
Регистрация скоро откроется!
По всем вопросам обращайтесь на электронную почту education@mephi.ru
Поделитесь с друзьями!
Связаться с нами:
E-mail: ismc@mephi.ru