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計算科学入門(シミュレーション科学)Computational Science, Introduction

授業の概要・目的

計算アルゴリズムと計算機アーキテクチャによる高精度計算と高速計算の基礎、並列計算技法、応用事例を教授するとともに、スーパーコンピュータ並列計算リテラシーを修得させることで、シミュレーション科学についての基礎力をつけることを目的とする。 (文部科学省特別教育研究経費・教育改革実施科目)

授業計画と内容

全14回の予定は以下の通りである。

・数値計算についての講義4回
(1)数値計算の精度と安定性(I)
数値計算の結果の精度を向上させるための数理的背景を持つ事例、多倍長計算の活用、計算機における演算、計算スキームの安定性などの解説
資料1
資料2

(2)(3)数値計算の精度と安定性(II)
数値計算の結果の精度を向上させるための数理的背景を持つ事例、多倍長計算の活用、計算機における演算、計算スキームの安定性などの解説
資料1

(4)数値計算の高速化 BLAS&LAPACK
数値計算を高速化するための一つの有効な手段として、数値計算ライブラリとして有名なBLASとLAPACKの構造やその活用法の解説
資料1

・計算科学についての講義3回
(1)逐次計算の高速化と並列計算
計算機アーキテクチャの説明、キャッシュの有効活用、データの再利用などによる逐次計算の高速化とデータ分割、キュー、粒度などの並列計算の基礎理論の説明
資料1

(2)OpenMPによる並列計算
並列計算のためのOpenMPプログラミング技法、基礎理論、逐次プログラムからの変更点などの紹介
資料1

(3)MPIによる並列計算
並列計算のためのMPIの並列モデル、基礎理論、基本関数の使い方などの解説
資料1

・スーパーコンピュータ実習 4回
(1) 逐次計算の高速化技法についての実習
課題1
mat.c
mat.f90

(2) OpenMPによる並列計算の実習
課題2
kadai1.c
kadai2.c
kadai3.c
kadai4.c
kadai1.f90
kadai2.f90
kadai3.f90
kadai4.f90

(3)(4) MPIによる並列計算の実習
課題3
enshu1.c
report1.c
enshu1.f90
report1.f90

・事例研究についての講義3回
(1)流体力学におけるシミュレーション事例研究
資料1

(2)電磁気学におけるシミュレーション事例研究
資料1

(3)最適化におけるシミュレーション事例研究
資料1
資料2

履修要件
予備知識
成績評価の方法・基準
教科書
参考書等
URL
http://www-is.amp.i.kyoto-u.ac.jp/simulation/
その他(授業外学習の指示・オフィスアワー等)

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