高性能计算在过程模拟中的应用
课程编码：180210081704P3008H
英文名称：Application of High Performance Computing in Process Simulation
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业课
主讲教师：侯超峰等
教学目的要求
本课程为化学工程与技术学科研究生的学科基础课。高性能计算目前已逐渐成为过程模拟不可或缺的手段，而且随着我国国产超级计算机的持续研发，不同硬件体系结构的超级计算机逐渐涌现。如何在过程模拟中充分发挥这些超级计算机的性能，实现过程模拟在时空尺度方面的突破，是当前亟需解决的问题。本课程从过程模拟的基础理论和模型出发，讲述高性能计算的基本理论与应用方法，进而以我国目前已有的几台超级计算机为对象，详细讲述如何实现几类典型方法与模型的高性能计算。本课程着重培养学生过程模拟和高性能计算结合的理论基础、应用能力和实践能力，为其在将来的研究工作中成为过程模拟和高性能计算方面的交叉复合型人才打下基础。
预修课程
高等数学（微积分）、任意一门编程语言
大纲内容
第一章 过程模拟与高性能计算概要
第1节 过程模拟方法与挑战 1学时 侯超峰
第2节 超级计算机的发展与应用 1学时 侯超峰
第3节 分子动力学模拟基础理论 2学时 侯超峰
第4节 离散元模拟基础理论 2学时 侯超峰
第二章 并行编程
第1节 操作系统与编程环境 2学时 徐骥
第2节 MPI编程基础 2学时 徐骥
第3节 MPI通信模式 2学时 徐骥
第4节 MPI编程实践 2学时 徐骥
第三章 GPU编程
第1节 GPU编程基础 4学时 徐骥
第2节 GPU性能优化 2学时 徐骥
第3节 GPU编程实践 2学时 徐骥
第4节 颗粒流体体系：离散/连续方法耦合 2学时 徐骥
第四章 DCU编程
第1节 DCU编程 2学时 侯超峰
第五章 申威处理器编程
第1节 申威处理器编程 2学时 侯超峰
第六章 高性能计算程序性能评估与优化
第1节 并行程序性能评估方法 2学时 侯超峰
第2节 并行程序性能优化策略 2学时 侯超峰
第七章 高性能计算在过程工程中的应用
第1节 热传导：有限差分数值求解 2学时 侯超峰
第2节 纳微结构材料：分子动力学模拟 2学时 侯超峰
第八章 分组实践与讨论
第1节 分组实践与讨论1 2学时 侯超峰
第2节 分组实践与讨论2 2学时 徐骥
参考书
1、
Implementation and Application to Multiphase Flows@高性能计算并行编程技术-MPI并行程序设计@The Art of Molecular Dynamics Simulation
Navid Mostoufi@都志辉@D. C. Rapaport
2016@2010@2004
John Wiley & Sons@清华大学出版社@Cambridge University Press
课程教师信息
侯超峰，中国科学院过程工程研究所研究员，博士生导师，北京市杰出青年基金获得者。主要研究方向为，纳微结构材料、器件与芯片物理电路的多尺度热电模拟，原子模拟方法的大规模高性能算法设计与应用，纳微尺度传热和气液固相变的介科学理论，纳微结构材料热力学性质计算及其生长制备过程的多尺度模拟与介尺度机理研究等。
徐骥，中国科学院过程工程研究所副研究员，硕士生导师。主要研究复杂气固两相流模拟，针对模型精度不高、计算能力薄弱和国产软件性能不足三方面的挑战，实现了气固相流体系的多尺度离散模拟方法。现已发表论文50余篇，参与编写专著2部，获批软件著作权6项，申请发明专利3项。主持或参加国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院和企业项目等十余项。曾获2013年首届中国科学院超级计算最佳应用奖（排名2），2019年入选中国科学院青年创新促进会，2020年获“过程优青”，2020年颗粒协会自然科学一等奖（排名6）。