C2115 Praktický úvod do superpočítání

Přírodovědecká fakulta
jaro 2025
Rozsah
0/2/0. 2 kr. Ukončení: k.
Vyučováno kontaktně
Vyučující
RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D. (přednášející)
Garance
RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.
Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Národní centrum pro výzkum biomolekul – Přírodovědecká fakulta
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: 0/42, pouze zareg.: 0/42, pouze zareg. s předností (mateřské obory): 0/42
Mateřské obory/plány
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
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
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, podzim 2024.