授業の概要・目的

比較的簡単で背景となる数学的かつ工学的知識を受講者が共通に持つ具体的な大規模な科学技術計 算の課題について、履修生がC言語、またはFORTRANを選択して、自ら並列計算プログラムを作 成し、スーパーコンピュータにおける実行データを分析する。課題としては、例えば、拡散方程式 の陽的差分法に関する並列計算がある。本科目は、計算科学に関する教育研究を行う全ての研究科 に所属する大学院学生が受講しやすいよう夏期休暇中の集中講義科目として実施する。 【研究科横断型教育の概要・目的】 基本的な並列プログラミングの習得に止まらず、具体的な大規模な科学技術計算の課題についての 実習により、計算科学の技法の習得ができる。そのため、より実践的な場面での学習成果の活用が 期待される。特に、計算科学の技法を強く意識していなかった理系分野の大学院生が、この授業を 受講することにより、新しい視点で、自分の分野の研究にアプローチできるようになる。

授業計画と内容

全15回の予定は、以下の通りである。

・並列計算概論2回
並列計算の基本,メディアセンターのスーパーコンピュータの紹介,スーパーコンピュータの基本 的利用法に関する演習

・逐次プログラミング 2回
課題プログラムの原理・基本的計算法に関する解説,逐次プログラムの作成

・MPI(基礎)2回
MPI並列プログラミングの基本的な考え方と技法,MPIによる課題プログラムの基本的な並列化設計

・MPI(応用)2回
MPIの高度な機能とそれを用いたプログラミング,集合通信の機能と性能、MPIによる課題並列プ ログラム作成演習

・OpenMP(基礎)2回
OpenMP並列プログラミングの基本的な考え方と技法,OpenMPによる課題プログラムの基本的な並列化設計

・OpenMP(応用)2回
NUMAメモリアーキテクチャとNUMA対応のプログラミング,OpenMPによる課題並列プログラム 作成演習

・並列化プログラミング 3回
課題並列プログラムの性能解析とチューニング・改良演習,レポート作成

履修要件

・MPIおよびOpenMPの入門的知識をあらかじめ習得しておくために、「計算科学入門」の履修あるいは学術情報メディアセンターが開催する「並列プログラミング講座」の受講が、極めて望まし い。
・学術情報メディアセンターのスーパーコンピュータを使用する。情報学研究科に所属の学生は事前に取得しているアカウントを使用する。他研究科履修生については本演習用に必要に応じてアカ ウントを配布する。
・実習用端末として、SSHのクライアントソフト(PuTTYなど)をインストールしたノート型PCを 持参すること。持参できるノート型PCがない場合には情報学研究科教務掛にあらかじめ申し出てること。

成績評価の方法・基準

【レポート試験の成績(75%)】
MPIやOpenMPを利用したC言語もしくはFORTRANの並列化プログラミングに関する基礎的知識を 獲得し、あわせて履修生が自身の専門分野において並列化シミュレーションを実施するために必要 な知識、技能を獲得することを目標とする。講義内容の理解度や並列プログラミング技能の習熟度 について、拡散方程式の初期値求解プログラムに関する以下の5回のレポート(配点各15点)に より評価する。
・逐次プログラム
・問題空間を1次元分割したMPI並列プログラム
・問題空間を2次元分割したMPI並列プログラム
・Work Sharingを用いたOpenMPプログラム ・OpenMPとMPIを併用したハイブリッド並列プログラム
【平常点評価(25%)】
出席状況と、質問などを通した授業への積極的な参加を評価する。

教科書

講義スライド等の資料を配布する。

参考書等

『学術情報メディアセンタースーパーコンピュータの利用手引』(http://web.kudpc.kyoto-u.ac.jp/ hpc/tebiki)

その他（授業外学習の指示・オフィスアワー等）

オフィスアワーについては担当教員の KULASIS 登録情報を参照すること。
中島浩: h.nakashima@media.kyoto-u.ac.jp
深沢圭一郎: fukazawa@media.kyoto-u.ac.jp
木村欣司:kkimur@amp.i.kyoto-u.ac.jp
關戸啓人:sekido@amp.i.kyoto-u.ac.jp
授業時間外で、質問がある場合には、あらかじめ、上記のアドレスにメールをすること。

※オフィスアワー実施の有無は、KULASISで確認してください。