Получи бесплатно второй диплом (о профессиональной переподготовке) в сфере информационных технологий. Уникальное предложение для студентов московской площадки и филиалов НИЯУ МИФИ
Суперкомпьютерные технологии
Дополнительная профессиональная программа профессиональной переподготовки Цифровой кафедры НИЯУ МИФИ.
Программа федерального проекта «Развитие кадрового потенциала ИТ-отрасли» национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации»
Суперкомпьютерные технологии
О программе
Ты научишься работать с современными высокопроизводительными системами. Изучишь различные типы архитектур современных вычислительных кластеров. Получишь доступ к суперкомпьютеру и освоишь методику работы с ним. Научишься работать в операционной системе UNIX. Освоишь навыки параллельного программирования на MPI и CUDA. Изучишь системы автоматизированного проектирования и научитесь оптимизировать точные модели для работы в САЕ-системах. Помимо этого, в рамках курса, ты освоишь методы математического моделирования в открытой интегрированной среде OpenFOAM.
Интро руководителя программы
Стёпин Евгений Викторович
Старший научный сотрудник Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, к.ф-м.н.
Требования для поступления
Желание стать высоковостребованным IT-специалистом
Нужно быть студентом московской площадки или филиала НИЯУ МИФИ и иметь не более 2 задолженностей по основной программе
Обучение могут проходить студенты бакалавриата
от 2-го курса, специалитета от 3-го курса и магистратуры* на 1 сентября 2023 года
от 2-го курса, специалитета от 3-го курса и магистратуры* на 1 сентября 2023 года
Наведите на карточку
Требования для поступления
Желание стать высоковостребованным IT-специалистом
Нужно быть студентом московской площадки или филиала НИЯУ МИФИ и иметь не более 2 задолженностей по основной программе
Обучение могут проходить студенты бакалавриата от 2-го курса, специалитета от 3-го курса и магистратуры* на 1 сентября 2023 года
Преимущества
Бесплатно
Возможность получения дополнительного образования в сфере информационных технологий
Онлайн
Синхронные вечерние занятия с использованием технологий дистанционного обучения
Профессия
Возможность выбрать для себя востребованную профессию на рынке ИТ-сферы
Второй диплом
Выпуститься из университета* и получить +1 диплом - изи
* выпускники Цифровой кафедры получат привилегии при поступлении в магистратуру и аспирантуру НИЯУ МИФИ
научишься проводить математическое моделирование на высокопроизводительных вычислительных системах
изучишь основы практического моделирования в САПР системах и технологии оптимизации моделей для расчета
научишься писать параллельный код на MPI и CUDA
освоишь открытую среду OpenFOAM
На нашей программе ты
Технологии, которые ты изучишь
MPI, OpenMP, CUDA, OpenFOAM, Paraview
Востребованность на рынке
зарплата для junior
60к-100к
зарплата для middle
120к-210к
зарплата для senior
220к+
680
вакансий архитекторов суперкомпрьютеров
hh.ru на июль 2023 г.
Специалисты направления востребованы в различных отраслях
➤ Машиностроение (Kamaz и др.)
➤ Атомная (Росатом и др.)
➤ Авиация (Sukhoi и др.)
➤ Космическая (Роскосмос и др.)
Содержание программы
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.
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.
Программирование и параллелизация на MPI
1. Введение в стандарт MPI
Основные понятия. Реализации стандарта. Программная модель MPI. Обзор базовых функций MPI. Первые программы.
2. Коммуникационные операции
Понятие коммуникационных операций точка-точка. Блокировка. Программная реализация точечного обмена данными на примере простейших вычислительных задач.
3. Коллективные операции
Обзор коллективных операций обмена данными. Распределение и сбор блоков памяти. Примеры реализации коллективных операций на примере задач математической физики.
4. Использование стандарта MPI в языке Python
Глобальная блокировка. Библиотека MPI for Python.
5. Введение в OpenMP
Основные понятия. Программная модель OpenMP. Взаимодействие потоков. Первые программы.
6. Применение базовых функций OpenMP
Условия выполнения. Параллельные циклы. Средства синхронизации. Критические и атомарные секции. Примеры решения вычислительных задач.
7. Совместное использование MPI и OpenMP
Топология реальных вычислительных систем. Использование MPI и OpenMP для некоторых задач линейной алгебры.
Основные понятия. Реализации стандарта. Программная модель MPI. Обзор базовых функций MPI. Первые программы.
2. Коммуникационные операции
Понятие коммуникационных операций точка-точка. Блокировка. Программная реализация точечного обмена данными на примере простейших вычислительных задач.
3. Коллективные операции
Обзор коллективных операций обмена данными. Распределение и сбор блоков памяти. Примеры реализации коллективных операций на примере задач математической физики.
4. Использование стандарта MPI в языке Python
Глобальная блокировка. Библиотека MPI for Python.
5. Введение в OpenMP
Основные понятия. Программная модель OpenMP. Взаимодействие потоков. Первые программы.
6. Применение базовых функций OpenMP
Условия выполнения. Параллельные циклы. Средства синхронизации. Критические и атомарные секции. Примеры решения вычислительных задач.
7. Совместное использование MPI и OpenMP
Топология реальных вычислительных систем. Использование MPI и OpenMP для некоторых задач линейной алгебры.
Основы технологии CUDA
1. Основные понятия технологии CUDA
Сетки, блоки, нити, варпы. Первая программа. Версии Compute Capability.
2. Архитектура видеокарт NVidia
Типы видеокарт, поддерживающих CUDA. Программные интерфейсы. CUDA C API.
3. Программная модель
Встроенные переменные. Спецификаторы функций. Спецификаторы переменных. Запуск ядра. Синхронизация. Специальные функции. Потоки.
4. Особенности работы с памятью
Типы аппаратной памяти. Глобальная, регистровая, разделяемая память. Функции выделения памяти. Функции копирования. Оптимизация программы по перемножению двух матриц с использованием разделяемой памяти.
5. Обзор библиотек CUDA
CUBLAS, CUFT, CUSPARSE, CURAND.
Сетки, блоки, нити, варпы. Первая программа. Версии Compute Capability.
2. Архитектура видеокарт NVidia
Типы видеокарт, поддерживающих CUDA. Программные интерфейсы. CUDA C API.
3. Программная модель
Встроенные переменные. Спецификаторы функций. Спецификаторы переменных. Запуск ядра. Синхронизация. Специальные функции. Потоки.
4. Особенности работы с памятью
Типы аппаратной памяти. Глобальная, регистровая, разделяемая память. Функции выделения памяти. Функции копирования. Оптимизация программы по перемножению двух матриц с использованием разделяемой памяти.
5. Обзор библиотек CUDA
CUBLAS, CUFT, CUSPARSE, CURAND.
Проектирование и оптимизация точных моделей
1. Введение в САПР системы и методы разработки точных 3D-моделей
Назначение САПР систем и изучение их интерфейса. Подготовка к работе.
2. Работа с эскизами при создании 3D - моделей
Разработка эскизов как база для построения твердотельной модели. Базовые принципы работы с эскизами и логика построения.
3. Твердотельные операции методом «Выдавливание»
Применение операции выдавливание для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи операции «выдавливание».
4. Твердотельные операции методом «Вращение»
Применение операции вращение для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи операции «вращение».
5. Дополнительные и вспомогательные твердотельные операции
Применение дополнительных операции для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи комбинирования операций.
6. Оптимизация точных моделей для работы в сторонних CAE - системах
Упрощение и оптимизация моделей методом совмещения. Оптимизация моделей и сборок методом слияния.
7. Форматы и методы экспорта и преобразования моделей
Введение в форматы и типы 3D-моделей. Преобразование точных моделей в полигональные и сеточные.
Назначение САПР систем и изучение их интерфейса. Подготовка к работе.
2. Работа с эскизами при создании 3D - моделей
Разработка эскизов как база для построения твердотельной модели. Базовые принципы работы с эскизами и логика построения.
3. Твердотельные операции методом «Выдавливание»
Применение операции выдавливание для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи операции «выдавливание».
4. Твердотельные операции методом «Вращение»
Применение операции вращение для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи операции «вращение».
5. Дополнительные и вспомогательные твердотельные операции
Применение дополнительных операции для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи комбинирования операций.
6. Оптимизация точных моделей для работы в сторонних CAE - системах
Упрощение и оптимизация моделей методом совмещения. Оптимизация моделей и сборок методом слияния.
7. Форматы и методы экспорта и преобразования моделей
Введение в форматы и типы 3D-моделей. Преобразование точных моделей в полигональные и сеточные.
OpenFOAM – математическое моделирование МСС
1. Введение в моделирование задач механики сплошной среды
Примеры задач механики сплошной среды (МСС). Алгоритм процесса решения задач механики сплошной среды. Примеры пакетных решений. Свободное программное обеспечение (СПО) для задач МСС.
2. OpenFOAM – математическое моделирование МСС
Основные принципы. Системное окружение OpenFOAM. Файловая структура пакета. Формат хранения данных.
3. Salome – CAD/CAE интегрированная платформа
Поверхностный обзор возможностей Salome. Основной интерфейс. Трехмерное моделирование, подготовка геометрии. Генерация сетки. Создание структурированных и неструктурированных сеток. Контроль качества расчетных сеток. Визуализация.
4. ParaView – визуализация результатов моделирования
Основная панель, использование фильтров. Конвейер визуализации. Панель управления объектом. Панель отображения. Практика применения: визуализация скалярного поля, визуализация векторного поля, интерполяция, визуализация линий тока. Графики распределения вдоль направлений. Анализ результатов. Экспорт данных и результатов визуализации.
5. Работа с пакетами OpenFOAM и Paraview на основе готовых примеров
Задача теплопроводности в 2D и 3D случае. Несжимаемое течение в каверне. Турбулентное течение за обратным уступом. Подготовка расчетного кейса к запуску на нескольких ядрах.
6. Запуск вычислительной задачи на кластере
Подготовка расчетной задачи OpenFOAM к запуску на кластере. Пример решения задачи с двухжидкостной моделью, с использованием решателя interFoam реализующим метод объема жидкости (Volume of fluid method, VOF). Визуализация результатов. Примеры постпроцессинга.
Примеры задач механики сплошной среды (МСС). Алгоритм процесса решения задач механики сплошной среды. Примеры пакетных решений. Свободное программное обеспечение (СПО) для задач МСС.
2. OpenFOAM – математическое моделирование МСС
Основные принципы. Системное окружение OpenFOAM. Файловая структура пакета. Формат хранения данных.
3. Salome – CAD/CAE интегрированная платформа
Поверхностный обзор возможностей Salome. Основной интерфейс. Трехмерное моделирование, подготовка геометрии. Генерация сетки. Создание структурированных и неструктурированных сеток. Контроль качества расчетных сеток. Визуализация.
4. ParaView – визуализация результатов моделирования
Основная панель, использование фильтров. Конвейер визуализации. Панель управления объектом. Панель отображения. Практика применения: визуализация скалярного поля, визуализация векторного поля, интерполяция, визуализация линий тока. Графики распределения вдоль направлений. Анализ результатов. Экспорт данных и результатов визуализации.
5. Работа с пакетами OpenFOAM и Paraview на основе готовых примеров
Задача теплопроводности в 2D и 3D случае. Несжимаемое течение в каверне. Турбулентное течение за обратным уступом. Подготовка расчетного кейса к запуску на нескольких ядрах.
6. Запуск вычислительной задачи на кластере
Подготовка расчетной задачи OpenFOAM к запуску на кластере. Пример решения задачи с двухжидкостной моделью, с использованием решателя interFoam реализующим метод объема жидкости (Volume of fluid method, VOF). Визуализация результатов. Примеры постпроцессинга.
Практика, подготовка к защите и защита итогового проекта
Практика, подготовка к защите и защита итогового проекта. В рамках модуля обучающиеся проходят практику на базе индустриального партнера, развивая навыки, полученные в предыдущих модулях, готовят и представляют к защите итоговый проект.
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.
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.
Программирование и параллелизация на MPI
1. Введение в стандарт MPI
Основные понятия. Реализации стандарта. Программная модель MPI. Обзор базовых функций MPI. Первые программы.
2. Коммуникационные операции
Понятие коммуникационных операций точка-точка. Блокировка. Программная реализация точечного обмена данными на примере простейших вычислительных задач.
3. Коллективные операции
Обзор коллективных операций обмена данными. Распределение и сбор блоков памяти. Примеры реализации коллективных операций на примере задач математической физики.
4. Использование стандарта MPI в языке Python
Глобальная блокировка. Библиотека MPI for Python.
5. Введение в OpenMP
Основные понятия. Программная модель OpenMP. Взаимодействие потоков. Первые программы.
6. Применение базовых функций OpenMP
Условия выполнения. Параллельные циклы. Средства синхронизации. Критические и атомарные секции. Примеры решения вычислительных задач.
7. Совместное использование MPI и OpenMP
Топология реальных вычислительных систем. Использование MPI и OpenMP для некоторых задач линейной алгебры.
Основные понятия. Реализации стандарта. Программная модель MPI. Обзор базовых функций MPI. Первые программы.
2. Коммуникационные операции
Понятие коммуникационных операций точка-точка. Блокировка. Программная реализация точечного обмена данными на примере простейших вычислительных задач.
3. Коллективные операции
Обзор коллективных операций обмена данными. Распределение и сбор блоков памяти. Примеры реализации коллективных операций на примере задач математической физики.
4. Использование стандарта MPI в языке Python
Глобальная блокировка. Библиотека MPI for Python.
5. Введение в OpenMP
Основные понятия. Программная модель OpenMP. Взаимодействие потоков. Первые программы.
6. Применение базовых функций OpenMP
Условия выполнения. Параллельные циклы. Средства синхронизации. Критические и атомарные секции. Примеры решения вычислительных задач.
7. Совместное использование MPI и OpenMP
Топология реальных вычислительных систем. Использование MPI и OpenMP для некоторых задач линейной алгебры.
Основы технологии CUDA
1. Основные понятия технологии CUDA
Сетки, блоки, нити, варпы. Первая программа. Версии Compute Capability.
2. Архитектура видеокарт NVidia
Типы видеокарт, поддерживающих CUDA. Программные интерфейсы. CUDA C API.
3. Программная модель
Встроенные переменные. Спецификаторы функций. Спецификаторы переменных. Запуск ядра. Синхронизация. Специальные функции. Потоки.
4. Особенности работы с памятью
Типы аппаратной памяти. Глобальная, регистровая, разделяемая память. Функции выделения памяти. Функции копирования. Оптимизация программы по перемножению двух матриц с использованием разделяемой памяти.
5. Обзор библиотек CUDA
CUBLAS, CUFT, CUSPARSE, CURAND.
Сетки, блоки, нити, варпы. Первая программа. Версии Compute Capability.
2. Архитектура видеокарт NVidia
Типы видеокарт, поддерживающих CUDA. Программные интерфейсы. CUDA C API.
3. Программная модель
Встроенные переменные. Спецификаторы функций. Спецификаторы переменных. Запуск ядра. Синхронизация. Специальные функции. Потоки.
4. Особенности работы с памятью
Типы аппаратной памяти. Глобальная, регистровая, разделяемая память. Функции выделения памяти. Функции копирования. Оптимизация программы по перемножению двух матриц с использованием разделяемой памяти.
5. Обзор библиотек CUDA
CUBLAS, CUFT, CUSPARSE, CURAND.
Проектирование и оптимизация точных моделей
1. Введение в САПР системы и методы разработки точных 3D-моделей
Назначение САПР систем и изучение их интерфейса. Подготовка к работе.
2. Работа с эскизами при создании 3D - моделей
Разработка эскизов как база для построения твердотельной модели. Базовые принципы работы с эскизами и логика построения.
3. Твердотельные операции методом «Выдавливание»
Применение операции выдавливание для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи операции «выдавливание».
4. Твердотельные операции методом «Вращение»
Применение операции вращение для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи операции «вращение».
5.Дополнительные и вспомогательные твердотельные операции
Применение дополнительных операции для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи комбинирования операций.
6.Оптимизация точных моделей для работы в сторонних CAE - системах
Упрощение и оптимизация моделей методом совмещения. Оптимизация моделей и сборок методом слияния.
7. Форматы и методы экспорта и преобразования моделей
Введение в форматы и типы 3D-моделей. Преобразование точных моделей в полигональные и сеточные.
Назначение САПР систем и изучение их интерфейса. Подготовка к работе.
2. Работа с эскизами при создании 3D - моделей
Разработка эскизов как база для построения твердотельной модели. Базовые принципы работы с эскизами и логика построения.
3. Твердотельные операции методом «Выдавливание»
Применение операции выдавливание для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи операции «выдавливание».
4. Твердотельные операции методом «Вращение»
Применение операции вращение для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи операции «вращение».
5.Дополнительные и вспомогательные твердотельные операции
Применение дополнительных операции для построения твердотельной модели. Создание простейших 3D - моделей при помощи комбинирования операций.
6.Оптимизация точных моделей для работы в сторонних CAE - системах
Упрощение и оптимизация моделей методом совмещения. Оптимизация моделей и сборок методом слияния.
7. Форматы и методы экспорта и преобразования моделей
Введение в форматы и типы 3D-моделей. Преобразование точных моделей в полигональные и сеточные.
OpenFOAM – математическое моделирование МСС
1. Введение в моделирование задач механики сплошной среды
Примеры задач механики сплошной среды (МСС). Алгоритм процесса решения задач механики сплошной среды. Примеры пакетных решений. Свободное программное обеспечение (СПО) для задач МСС.
2. OpenFOAM – математическое моделирование МСС
Основные принципы. Системное окружение OpenFOAM. Файловая структура пакета. Формат хранения данных.
3. Salome – CAD/CAE интегрированная платформа
Поверхностный обзор возможностей Salome. Основной интерфейс. Трехмерное моделирование, подготовка геометрии. Генерация сетки. Создание структурированных и неструктурированных сеток. Контроль качества расчетных сеток. Визуализация.
4. ParaView – визуализация результатов моделирования
Основная панель, использование фильтров. Конвейер визуализации. Панель управления объектом. Панель отображения. Практика применения: визуализация скалярного поля, визуализация векторного поля, интерполяция, визуализация линий тока. Графики распределения вдоль направлений. Анализ результатов. Экспорт данных и результатов визуализации.
5. Работа с пакетами OpenFOAM и Paraview на основе готовых примеров
Задача теплопроводности в 2D и 3D случае. Несжимаемое течение в каверне. Турбулентное течение за обратным уступом. Подготовка расчетного кейса к запуску на нескольких ядрах.
6. Запуск вычислительной задачи на кластере
Подготовка расчетной задачи OpenFOAM к запуску на кластере. Пример решения задачи с двухжидкостной моделью, с использованием решателя interFoam реализующим метод объема жидкости (Volume of fluid method, VOF). Визуализация результатов. Примеры постпроцессинга.
Примеры задач механики сплошной среды (МСС). Алгоритм процесса решения задач механики сплошной среды. Примеры пакетных решений. Свободное программное обеспечение (СПО) для задач МСС.
2. OpenFOAM – математическое моделирование МСС
Основные принципы. Системное окружение OpenFOAM. Файловая структура пакета. Формат хранения данных.
3. Salome – CAD/CAE интегрированная платформа
Поверхностный обзор возможностей Salome. Основной интерфейс. Трехмерное моделирование, подготовка геометрии. Генерация сетки. Создание структурированных и неструктурированных сеток. Контроль качества расчетных сеток. Визуализация.
4. ParaView – визуализация результатов моделирования
Основная панель, использование фильтров. Конвейер визуализации. Панель управления объектом. Панель отображения. Практика применения: визуализация скалярного поля, визуализация векторного поля, интерполяция, визуализация линий тока. Графики распределения вдоль направлений. Анализ результатов. Экспорт данных и результатов визуализации.
5. Работа с пакетами OpenFOAM и Paraview на основе готовых примеров
Задача теплопроводности в 2D и 3D случае. Несжимаемое течение в каверне. Турбулентное течение за обратным уступом. Подготовка расчетного кейса к запуску на нескольких ядрах.
6. Запуск вычислительной задачи на кластере
Подготовка расчетной задачи OpenFOAM к запуску на кластере. Пример решения задачи с двухжидкостной моделью, с использованием решателя interFoam реализующим метод объема жидкости (Volume of fluid method, VOF). Визуализация результатов. Примеры постпроцессинга.
Практика, подготовка к защите и защита итогового проекта
Практика, подготовка к защите и защита итогового проекта. В рамках модуля обучающиеся проходят практику на базе индустриального партнера, развивая навыки, полученные в предыдущих модулях, готовят и представляют к защите итоговый проект.
Таймлайн
до 30 ноября
Подача заявок
Выбери программу и подай заявку на обучение на платформе education.mephi.ru. Чтобы записаться на курс, нужно авторизоваться на платформе со своей учётной записью студента НИЯУ МИФИ или зарегистрироваться. После входа выбери курс, на котором хочешь обучаться и подай на него подписанное заявление на зачисление.
Обучение возможно только на ОДНОМ КУРСЕ
Обучение возможно только на ОДНОМ КУРСЕ
30 ноября
Входное тестирование
В самом начале проходит первичная оценка знаний и навыков студентов — в рамках всего обучения проводится независимая оценка качества образовательных программ. Для этого и проводятся подобные тесты.
до 4 декабря
Зачисление
На твою электронную почту придёт подтверждение о зачислении на курс. Убедись, что в твоём профиле платформы указан актуальный адрес электронной почты.
декабрь 2023 - август 2024
Обучение
Весь процесс обучения занимает около 12 месяцев — ты будешь смотреть видеолекции, вебинары, выполнять задания и проходить промежуточные тестирования. Важно придерживаться графика курса, тогда равномерно распределённая нагрузка займёт около 2-6 часов в неделю.
️️Обучение на Цифровой кафедре легко совмещать с основным образованием — ты сам выстраиваешь удобный для себя график обучения.
️️Обучение на Цифровой кафедре легко совмещать с основным образованием — ты сам выстраиваешь удобный для себя график обучения.
до 30 августа 2024
Выходное тестирование и Демонстрационный экзамен
По итогам обучения на курсе каждый студент показывает свой уровень знаний и навыков на дэмоэкзамене . В конце курса проводится итоговое тестирование — мы проверяем, насколько хорошо нам удалось развить цифровые компетенции студентов.
до 30 сентября 2024
Получение диплома
Получи диплом НИЯУ МИФИ о профессиональной переподготовке в ИТ вместе с основным дипломом.
Обратите внимание: после авторизации на сайте education.mephi.ru необходимо записаться на программу в разделе "Каталог курсов"
Авторы курса
Чмыхов Михаил
Степин Евгений
Шаргатов Владимир
Заведующий кафедрой суперкомпьютерного моделирования инженерно-физических процессов НИЯУ МИФИ. Директор Центра инженерно-физических расчетов и суперкомпьютерного моделирования, д. ф.-м. н.
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, к. ф.-м. н.
Доцент отделения лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ, старший научный сотрудник кафедры прикладной математики НИЯУ МИФИ, к. ф.-м. н.
Рябов Павел
Токарев Антон
Давыдов Александр
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, к. ф.-м. н.
Старший преподаватель кафедры конструирования приборов и установок института физико-технических интеллектуальных систем НИЯУ МИФИ.
Заместитель директора института лазерных и плазменных технологий, доцент кафедры «Прикладная математика», к. ф.-м. н.
Остались вопросы по курсу?
Напиши нам в телеграм-бот — мы ответим на все интересующие тебя вопросы в течение рабочего дня
