高性能计算系统
课程编码：081201M05004H
英文名称：High Performance Computing System
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业普及课
主讲教师：迟学斌等
教学目的要求
本课程是计算机专业研究生开设的专业课，其目的是使学生初步掌握高性能计算系统的基本内容，并了解其应用领域。本课程聚焦并行计算机系统结构、并行计算方法、并行实现技术和充分的上机实践，对学生的要求包括：熟练掌握计算机程序设计语言，能够运用MPI编写并行程序，通过教学使计算机专业和其它领域研究生深入掌握对主流高性能计算方向的科研动向、最新技术，对高性能计算在不同领域的应用有初步了解。培养研究生的研究与学习能力，开阔眼界，为将来的研究与应用打好基础。
预修课程
计算方法，C或Fortran语言
大纲内容
第一章 并行计算综述 3学时
第1节 什么是并行计算
第2节 并行计算机的发展
第3节 为什么需要并行计算
第4节 中科院高性能计算环境
第5节 国际上千万亿次计算的应用问题
第二章 并行计算机网络体系结构 1.5学时
第1节 网络的分类
第2节 网络的基本概念
第3节 间接网络
第4节 直接网络
第三章 并行计算的基本概念 1.5学时
第1节 并行计算机系统-SMP
第2节 并行计算机系统-MPP
第3节 并行计算机系统-Cluster
第4节 并行计算机系统的分类
第5节 并行计算的程序结构
第6节 并行计算的基本定义
第四章 矩阵乘并行计算 3学时
第1节 矩阵卷帘存储方式
第2节 串行矩阵乘法
第3节 行列分块算法
第4节 行行分块算法
第5节 列行分块算法
第6节 列列分块算法
第7节 Cannon算法
第五章 线性代数方程组的并行求解 3学时
第1节 串行$LU$分解算法
第2节 分布式系统的并行$LU$分解算法
第3节 三角方程组的并行求解
第4节 经典迭代法-Jacobi
第5节 经典迭代法-Gauss-Seidel
第六章 FFT并行算法 3学时
第1节 一维串行FFT算法
第2节 二维串行FFT算法
第3节 FFT实现技术
第七章 MPI并行程序设计 1.5学时
第1节 并行程序类型
第2节 MPI并行程序的基本结构
第3节 MPI并行环境管理函数
第4节 MPI通信子操作
第八章 点到点通信函数 4.5学时
第1节 阻塞式SEND和RECV
第2节 合成函数SENDRECV
第3节 消息查询函数
第4节 非阻塞式ISEND和IRECV
第5节 消息请求完成函数
第6节 消息请求检查函数
第7节 持久通讯函数SEND\_INIT和RECV\_INIT
第8节 高维进程
第九章 自定义数据类型 3学时
第1节 CONTIGUOUS数据类型
第2节 数据类型辅助函数
第3节 VECTOR数据类型
第4节 INDEX数据类型
第5节 STRUCT数据类型
第6节 特殊数据类型与绝对原点
第7节 MPI的数据打包与拆包
第十章 MPI聚合通信 3学时
第1节 障碍同步MPI\_Barrier
第2节 广播MPI\_Bcast
第3节 收集MPI\_Gather
第4节 散播MPI\_Scatter
第5节 全交换MPI\_Alltoall
第十一章 MPI归约操作 3学时
第1节 归约MPI\_Reduce
第2节 运算种类与可用数据类型
第3节 前缀MPI\_Scan
第4节 归约散播MPI\_Reduce\_scatter
第5节 自定义运算
第十二章 MPI组操作 1.5学时
第1节 进程组的创建
第2节 进程组管理
第十三章 并行程序实例 1.5学时
第1节 $\pi$值近似计算程序
第2节 数据广播并行程序
第3节 数据分散并行程序
第十四章 人工智能与高性能计算的融合介绍 3学时
第1节 人工智能与高性能计算的融合介绍
第十五章 答疑 3学时
第1节 答疑
第十六章 考试 3学时
第1节 考试
参考书
课程教师信息
迟学斌，男，1989年7月在中国科学院计算中心获得博士学位，自1986年读博士开始，至今一直从事并行计算研究，曾获得国家科技进步奖贰等奖、北京市科学技术奖一等奖。现任计算机网络信息中心研究员，博士生导师，中国计算机学会高性能计算专业委员会副主任。