12463

Подготовка специалистов в области высокопроизводительных вычислений на базе межуниверситетской инновационной учебно-исследовательской лаборатории InterUniLab

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Подготовка специалистов в области высокопроизводительных вычислений на базе межуниверситетской инновационной учебноисследовательской лаборатории InterUniLab А.С. Абрамова Н.А. Шехунова А.В. Бухановский Аннотация Рассматриваются особенности разработки учебномето

Русский

2013-04-27

66 KB

0 чел.

Подготовка специалистов в области высокопроизводительных вычислений на базе межуниверситетской инновационной учебно-исследовательской лаборатории InterUniLab*

А.С. Абрамова, Н.А. Шехунова, А.В. Бухановский

Аннотация

Рассматриваются особенности разработки учебно-методического комплекса «Высокопроизводительные вычисления» на основе модульного и компетентностного подходов, ориентированных на слушателей-магистров по специализации «Разработка программного обеспечения» Санкт-Петербургского Государственного университета информационных технологий, механики и оптики. Самостоятельная работа в рамках комплекса ориентирована на участие в учебно-исследовательских проектах, выполняемых в межуниверситетской учебно-исследовательской лаборатории InterUniLab.

Введение

Современный этап развития высокопроизводительных вычислительных технологий характеризуется: широким распространением многоядерных компьютерных архитектур, удешевлением и доступностью кластерных систем на основе стандартных комплектующих, развитием технологий распределенных вычислений, в том числе, Грид [1]. Это требует модификации и развития соответствующих учебных комплексов. Недостаточное внимание сейчас уделяется системному подходу к параллельному математическому и программному обеспечению, как совокупности математических моделей, методов их реализации, параллельных алгоритмов, технологий программирования, тестирования и верификации параллельных программ, хотя именно такой путь позволяет строить эффективные параллельные алгоритмы и проектировать надежные программные системы на их основе [2].

Так как Россия в 2003 году присоединилась к Болонскому процессу, новые УМК должны разрабатываться в соответствии с требованиями, предъявляемыми Европейским союзом. Это позволит включить российские учебные курсы в европейскую систему образования. Главной проблемой перехода к новой системе образования, вызывающей полемику, является переход от квалификационного подхода к компетентностному,  а также модульная структура обучения.

Преподавание высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing, HPC), как дисциплины из области компьютерных наук, требует серьезной материальной и информационной базы. HPC быстро развивается, что приводит к необходимости постоянного обновления учебных материалов, которые должны в общем случае содержать мультидисциплинарные сведения (архитектура ЭВМ, теория построения алгоритмов, технологии программирования, коммуникационные технологии и пр.). Требования к педагогическому процессу в области высокопроизводительных вычислений, такие как направленность на конкретный результат образования и гибкость, дают право описать его в виде функциональной системы. Описание педагогического процесса в виде функциональной системы дает возможность эффективно управлять этим сложным процессом [3].

1. Разработка курса

Курс «Конструирование и анализ параллельных алгоритмов» разбит на модули: проектирование параллельных алгоритмов, проектирование параллельных программ, прикладные параллельные алгоритмы. По окончании курса студент должен уметь: строить эффективные параллельные алгоритмы, применительно к конкретной вычислительной архитектуре, уметь оценивать и моделировать параллельную производительность алгоритма для определенной вычислительной архитектуры, выбирать алгоритмы для решения поставленной задачи, выбирать технологии параллельного программирования для решения поставленной задачи, реализовывать ПО с помощью технологий параллельного программирования, оценивать эффективность работы параллельной программы и формулировать рекомендации по ее модификации.

Курс «Технологии распределенный вычислений и систем» разбит на 5 модулей: основные виды распределенных вычислительных архитектур, концепция и модели Грид, проектирование приложений для распределенных вычислительных архитектур, разработка приложений в peer-to-peer-системах, разработка приложений в современных Грид-системах. По окончании курса студенты должны уметь выбирать оптимальный способ организации распределенной вычислительной системы, классифицировать распределенные вычислительные архитектуры, оценивать и моделировать параллельную производительность распределенной вычислительной системы, выбирать вычислительную систему для решения поставленной задачи, выбирать программный инструментарий для решения поставленной задачи, пользоваться программным инструментарием распределенных вычислительных систем, разрабатывать эффективное программное обеспечение для распределенный вычислительных систем.

В методическое обеспечение курса входит виртуальная лаборатория, которая формируется на базе разрабатываемых лабораторных работ. Лабораторные работы посвящены построению и оптимизации параллельных алгоритмов: метод Монте-Карло вычисления интегралов, решение систем линейных алгебраических уравнений методом Монте-Карло, генетический алгоритм (глобальная оптимизация), численное интегрирование (квадратуры), поиск на графах, умножение матриц, метод конечных элементов, параллельное LU-разложение.

2. Работа студентов

Самостоятельная работа студентов в рамках данных курсов ориентирована на участие в учебно-исследовательских проектах, выполняемых в межуниверситетской инновационной учебно-исследовательской лаборатории InterUniLab. InterUniLab создана совместной инициативой Санкт-Петербургских университетов — Санкт-Петербургского Государственного политехнического университета, СПбГУ ИТМО, Санкт-Петербургского Государственного университета авиаприборостроения и др. — и Фондом содействия развитию малых предприятий в научно-технической сфере при поддержке глобальных IT-компаний, таких как Intel, Microsoft, Cadence. Одной из ее задач является подготовка квалифицированных кадров в области критических технологий (в том числе, технологии распределенных вычислений и систем, высокопроизводительные вычисления) путем вовлечения слушателей в практическую реализацию мотивационных (курсовых) проектов — индивидуального или в составе рабочей группы. Мотивационный проект ориентирован на разработку математического обеспечения высокопроизводительных вычислений в определенной предметной области. Слушателям на выбор будут предложены задачи из области гидрометеорологии, экологии, биомедицины, физики плазмы, технической диагностики и управления подвижными техническими объектами, основанные на реальных массивах данных.

УМК «Высокопроизводительные вычисления» в СПбГУ ИТМО в настоящий момент находится в состоянии разработки. Однако отдельные его элементы уже прошли апробацию в рамках летних и зимних школ Intel (2006, 2007 гг.), а также в плановом учебном процессе СПбГУ ИТМО. Ввод УМК в опытную эксплуатацию планируется в осеннем семестре 2008 г.

Список литературы

  1.  Defining the Grid — a snapshot of the current view // H. Stockinger, 2006 ( www.gridclub.ru)
  2.  Гергель В.П., Стронгин Р.Г. Основы параллельных вычислений для многопроцессорных вычислительных систем. – Н.Новгород, ННГУ, 2001
  3.  Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем. — М, 1973

* Работа выполняется при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках приоритетного национального проекта «Образование».


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78344. Химическое равновесие 36.98 KB
  Необратимые и обратимые химические реакции. Химические реакции можно разбить на две группы: необратимые и обратимые реакции. Необратимые реакции протекают до конца до полного израсходования одного из реагирующих веществ. Обратимые реакции протекают не до конца: при обратимой реакции ни одно из реагирующих веществ не расходуется полностью.
78345. Дисперсные системы. Коллоидные растворы 56.53 KB
  Таким образом одно и то же вещество может находиться в различной степени раздробленности: макроскопически видимые частицы 02 01 мм разрешающая способность глаза микроск пически видимые частицы от 02 01 мм до 400 300 нм разрешающая способность микроскопа при освещении белым светом и отдельные молекулы или ионы. Постепенно складывались представления о том что между миром молекул и микроскопически видимых частиц находится область раздробленности вещества с комплексом новых свойств присущих этой форме организации вещества. Если...
78346. Коррозия металлов. Определение и классификация коррозийных процессов 160.12 KB
  В случае с металлами говоря об их коррозии имеют ввиду нежелательный процесс взаимодействия металла со средой. Физико-химическая сущность изменений которые претерпевает металл при коррозии является окисление металла. Любой коррозионный процесс является многостадийным: Необходим подвод коррозионной среды или отдельных ее компонентов к поверхности металла. Полный или частичный отвод продуктов от поверхности металла в объем жидкости если среда жидкая.
78347. Химические связи. Метод валентных связей 169.26 KB
  Способы образования ковалентной связи. Направленность ковалентной связи. Химические связи химическая связь взаимное притяжение атомов приводящее к образованию молекул и кристаллов.
78348. Метод молекулярных орбиталей как линейная комбинация атомных комбинаци 662.45 KB
  Мы остановимся на основных положениях метода МО начиная со способа представления молекулярных орбиталей для гомоядерных двухатомных молекул и объясним за счет каких электронов в них образуется химическая связь. На каждом энергетическом уровне может располагаться не более двух электронов. Мы уже знаем что состояние электронов в атоме описывается квантовой механикой как совокупность атомных электронных орбиталей атомных электронных облаков; каждая такая орбиталь характеризуется определенным набором атомных квантовых чисел. Метод МО исходит...
78349. Вода и растворы. Способы выражения состава раствора 140.07 KB
  Свойства воды. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. Вода содержащая значительное количество солей кальция и магния называется жесткой в отличие от мягкой воды например дождевой. При фильтровании больших количеств воды пользуются фильтрами из песка и гравия.
78350. Растворы электролитов. Изотонический коэффициент. ТЭД 228.26 KB
  Этих толчков вместе с тепловыми колебаниями ионов в кристалле оказывается достаточно для отделения ионов от кристалла и перехода их в раствор. Вслед за первым слоем ионов в раствор переходит следующий слой и таким образом идет постепенное растворение кристалла. Перешедшие в раствор ионы остаются связанными с молекулами воды и образуют гидраты ионов. Иначе говоря в результате диссоциации образуются не свободные ноны а соединения ионов с молекулами растворителя.
78351. Окислительно-восстановительные процессы. Применение электролиза 162.67 KB
  В ионных соединениях эта неравномерность распределения электронов максимальна при образовании веществ с ионной связью валентные электроны практически полностью переходят от атома одного элемента к атому другого. Прн этом элемент электроны которого смещаются к атомам другого элемента полностью в случае ионной связи или частично в случае полярной проявляет положительную окисленность. Элемент к атомам которого смещаются электроны атома другого элемента проявляет отрицательную окисленность. Число электронов смещенных от одного атома...
78352. Металлы и сплавы. Химические свойства металлов и сплавов 238.97 KB
  Химические свойства металлов. Добывание металлов из руд. Правда магний и алюминий сохраняют свой блеск даже будучи превращенными в порошок но большинство металлов в мелкораздробленном виде имеет черный или темносерый цвет.