PřF:C2115 Superpočítání - Informace o předmětu

C2115 Praktický úvod do superpočítání

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.: 2/42, pouze zareg. s předností (mateřské obory): 0/42

Mateřské obory/plány

• Analytická biochemie (program PřF, N-BCH)
• Analytická chemie (program PřF, D-CH4)
• Analytická chemie (program PřF, N-CH)
• Anorganická chemie (program PřF, D-CH4)
• Anorganická chemie (program PřF, N-CH)
• Aplikovaná biochemie (program PřF, B-AB)
• Biofyzikální chemie (program PřF, B-CH)
• Biofyzika (program PřF, B-FY)
• Biofyzika (program PřF, D-FY4)
• Biofyzika (program PřF, N-FY)
• Biochemie (program PřF, B-BCH)
• Biochemie (program PřF, D-BCH4)
• Biochemie (program PřF, N-BCH)
• Biomolekulární chemie (program PřF, D-BCH4)
• Biomolekulární chemie (program PřF, N-BCH)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
• Fyzikální chemie (program PřF, N-CH)
• Chemie (program PřF, B-CH)
• Chemie životního prostředí (program PřF, D-CH4)
• Chemie životního prostředí (program PřF, N-CH)
• Chemoinformatika a bioinformatika (program PřF, B-BCH)
• Materiálová chemie (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (program PřF, N-CH)
• Modelování a výpočty (program PřF, B-MA)
• Organická chemie (program PřF, D-CH4)
• Organická chemie (program PřF, N-CH)
• Strukturní chemie (program PřF, N-CH)

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

• C7800 Úvod do molekulového modelování - cvičení
• C8856 Pokročilé metody molekulového modelování - cvičení

Další komentáře

Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.

• Statistika zápisu (nejnovější)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2025/C2115