C2115 Praktický úvod do superpočítání

Přírodovědecká fakulta
podzim 2024
Rozsah
0/2/0. 2 kr. Ukončení: k.
Vyučováno kontaktně
Vyučující
RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Július Zemaník (přednášející)
Garance
RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.
Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Út 13:00–14:50 C04/118
Předpoklady
Základy práce s počítačem. Základy práce v operačním systému Linux nebo absolvovaní předmětu C2110 Operační systém UNIX a základy programování je výhodou.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Předmět si smí zapsat nejvýše 42 stud.
Momentální stav registrace a zápisu: zapsáno: 11/42, pouze zareg.: 0/42, pouze zareg. s předností (mateřské obory): 0/42
Mateřské obory/plány
předmět má 27 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Cílem předmětu je seznámit studenty s klíčovými koncepty superpočítání, včetně architektur superpočítačů, paralelních výpočtů a typických úloh řešených na superpočítačích. Studenti si osvojí praktické dovednosti při práci v superpočítačovém centru MetaCentrum. Naučí se základní příkazy, práci s operačním systémem, správu datových úložišť a efektivní správu úloh ve víceuživatelském prostředí. Praktické ukázky budou zahrnovat jednoduché numerické výpočty, simulace molekulárních systémů, kvantově-chemické výpočty a aplikace umělé inteligence využívající velké jazykové modely (LLM) pro zpracování dat.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování předmětu schopen:
- pracovat s datovými úložišti CESNET;
- pracovat v prostředí superpočítačových center MetaCentrum a IT4I;
- analyzovat nároky vědeckotechnických aplikaci;
- zvolit vhodnou strategii pro jejich spouštění v superpočítačových centrech;
- zadávat výpočetní úlohy do dávkového systému PBS (OpenPBS) a Slurm;
Osnova
  • Historie, využití a budoucnost výpočetní techniky. Příklady reálných problémů řešených ve skupině výpočetní chemie. Přehled výpočetních center v České republice: MetaCentrum, CERIT-SC, IT4Innovation. Zahraniční výpočetní centra.
  • Stručný úvod do UNIXu. Seznámení se s prostředím výpočetního clusteru WOLF, struktura, software. Registrace uživatelů do MetaCentra.
  • Architektura počítače. Reprezentace číselných hodnot v číslicové technice. Od problému k výsledku. Šíření chyb v numerických výpočtech.
  • Fortran jako významný jazyk využívaný v superpočítání. Historie. Syntaxe. Překladače. Numerické knihovny.
  • Urychlení výpočtů pomocí paralelizace. Typy paralelizace. Praktická ukázka použití OpenMP a MPI. Efektivita paralelizace.
  • Dávkové systémy PBS (OpenPBS) a Slurm. Zadávání úloh v prostředí MetaCentra využívající programy Gaussian a AMBER. Infinity jako nástavba dávkových systémů.
  • Hardwarové akcelerátory. Molekulární simulace využívající GPU akcelerátory. Využití umělé inteligence pro zpracování dat.
Literatura
  • CHIVERS, Ian a Jane SLEIGHTHOLME. Introduction to Programming with Fortran: With Coverage of Fortran 90, 95, 2003, 2008 and 77. Springer. 2012, 619 s. ISBN 978-0-85729-232-2. info
  • CLERMAN, Walter. Modern Fortran: style and usage. New York. Cambridge University Press, 2012, 334 s. ISBN 978-0-521-51453-8. info
  • PACHECO, Peter S. An introduction to parallel programming. Amsterdam; Boston: Morgan Kaufmann, 2011. ISBN 978-0-12-374260-5. info
  • High performance computing: from grids and clouds to exascale. Washington, DC: IOS Press, 2011. Advances in parallel computing, v. 20. ISBN 978-1-60750-802-1. info
Výukové metody
přednášky, diskuse, skupinové projekty v počítačové učebně
Metody hodnocení
schválené písemné protokoly ze studentských projektů, závěrečný test, test se skládá z 50 otázek, více možností, správná odpověď plus jeden bod, nesprávné odpovědi minus čtvrtina bodu, ke složení kolokvia je nutné získat nejméně 35 bodů
Navazující předměty
Studijní opora
https://is.muni.cz/auth/el/sci/podzim2024/C2115/index-XFhLTD.qwarp
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, jaro 2025.