teaching:wintersemester_2017_2018:hochleistungsrechnen

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teaching:wintersemester_2017_2018:hochleistungsrechnen [2018-11-08 07:53]
Michael Kuhn [Übungen]
teaching:wintersemester_2017_2018:hochleistungsrechnen [2019-05-08 11:24]
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-====== Vorlesung „Hochleistungsrechnen“ ====== 
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-===== Beschreibung ===== 
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-Hochleistungsrechnen ist eine wichtige Technik der Informatik, mit deren Hilfe in den Natur- und Ingenieurwissenschaften neue Erkenntnisse gewonnen werden. 
-Insbesondere dei durch das Hochleistungsrechnen ermöglichte computergestützte Simulation wird neben der Theorie und dem Experiment zum dritten Standbein vieler Wissenschaften. 
-Neue Einsichten z. B. im Bereich der Klimaforschung,​ der Bioinformatik,​ der Teilchenphysik und des Automobilbaus werden durch Simulationen computerbasierter Modelle gewonnen und sind ohne Hochleistungsrechnen schon seit vielen Jahren nicht mehr möglich. 
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-Gleichzeitig verändern sich die Rechnerarchitekturen in Arbeitsplatzrechnern:​ Durch den Einsatz von Mehrkern-Prozessoren finden wir auch hier Strukturen von Hochleistungsrechnern und die Programmierer müssen hierauf eingehen, wenn sie den Prozessor effizient nutzen wollen. 
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-Die Vorlesung bietet einen Einstieg in die Konzepte des Hochleistungsrechnens und vermittelt grundlegende Kenntnisse, um mit diesen Systemen zu arbeiten. 
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-Die Vorlesung ist in mehrere Themenblöcke gegliedert, die aufeinander aufbauen, bei entsprechenden Vorkenntnissen aber auch einzeln gehört werden können. 
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-Im ersten Block werden Fragen der Hardware- und Software-Architektur der Systeme erläutert. 
-Hierzu gehören auch die Vernetzung der Rechnerknoten und die E/​A-Systeme. 
-Anhand der TOP500-Liste wird die Leistungsentwicklung der vergangenen Jahre dargestellt. 
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-Der zweite Block befaßt sich mit der Programmierung der Systeme. 
-Nach einer allgemeinen Einführung werden die Programmierparadigmen des Nachrichtenaustausches und der Nutzung gemeinsamer Speicherbereiche eingeführt. 
-Auch moderen Ansätze, die in Fachkreisen kontrovers dikutiert werden, sollen in der Vorlesung präsentiert werden. 
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-Im dritten Block befassen wir uns mit der Frage, wie wir das implementierte Programm auf dem Hochleistungsrechner effizient zum Laufen bekommen. 
-Hierzu gehört zunächst die Frage, wie wir Fehler im Programm entfernen. 
-Danach befassen wir uns mit der Leistungsanalyse und der Leistungsoptimierung dieser Programme. 
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-Im vierten Abschnitt werden als Ausblick verschiedene Einzelaspekte des modernen Hochleistungsrechnens diskutiert werden. 
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-===== Zielgruppe ===== 
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-Die Vorlesung eignet sich für Studierende der Informatik in den höheren Semestern des Bachelor, für alle Studierenden mit Nebenfach Informatik sowie Doktoranden in den Natur- und Ingenieurwissenschaften,​ die Hochleistungsrechnen als Werkzeug verwenden. 
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-**Voraussetzungen:​** 
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-Notwendige Voraussetzung für die Vorlesung: 
-  * Praktische Kenntnis einer Programmiersprache und die Fähigkeit, einfache Programme zu erstellen 
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-Erwünschte Vorkenntnisse:​ 
-  * Kenntnis der Grundmechanismen von Betriebssystemen 
-  * Grundkenntnisse in Rechnerarchitektur 
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-===== Lernziel ===== 
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-Die Teilnehmer werden in die Lage versetzt, parallele Programme mit verschiedenen Programmierkonzepten zu erstellen, zur Ausführung zu bringen und im Ablauf zu optimieren. 
-Konzepte paralleler Rechnerarchitekturen werden gelehrt. 
-Die Teilnehmer können die gewonnenen Kenntnisse auch auf modernen Arbeitsplatzrechnern mit Mehrkern-Prozessoren zur Programmierung einsetzen. 
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-===== Daten der Veranstaltung ===== 
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-|| Zeit || Dienstag, 14--16 Uhr und Donnerstag, 12–14 Uhr || 
-|| Übung || Montag, 14--16 Uhr (Gruppe 1), Dienstag, 12--14 Uhr (Gruppe 2), Dienstag, 16--18 Uhr (Gruppe 3) || 
-|| Ort || [[https://​www.uni-hamburg.de/​onTEAM/​campus/​index.html?​loc=i12340438|DKRZ]],​ Raum 034 || 
-|| Mailingliste || [[https://​wr.informatik.uni-hamburg.de/​listinfo/​hr-1718|HR-1718]] || 
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-===== Dozenten ===== 
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-  * [[People:​Thomas Ludwig]] 
-  * [[People:​Michael Kuhn]] 
-  * [[People:​Hermann Lenhart]] 
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-===== Zeitplan und Materialien ===== 
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-Die in der Vorlesung dargestellten Konzepte und Mechanismen des Hochleistungsrechnens werden jeweils inhaltlich abgeschlossen in einer Vorlesungsstunde präsentiert. 
-Ein genauer und verbindlicher Zeitplan erscheint hier zu Beginn der Vorlesungszeit. 
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-==== Themenplan ==== 
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-//Kursiv markierte Themen sind nicht klausurrelevant.//​ 
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-  * Folien: [[https://​files.wr.informatik.uni-hamburg.de/​s/​861a1cc4ebd9bea52e95e635dac45b94/​download?​path=%2F&​files=hr-1718-teil1.pdf|Teil 1]] [[https://​files.wr.informatik.uni-hamburg.de/​s/​861a1cc4ebd9bea52e95e635dac45b94/​download?​path=%2F&​files=hr-1718-teil2.pdf|Teil 2]] (teilweise durchsuchbar) 
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-  * 17.10. //​Einleitung//​ 
-  * 19.10. Hochleistungsrechnen in der Klimaforschung 
-  * 24.10. Fällt aus <​html><​!-- Raum belegt --></​html>​ 
-  * 26.10. Hardware-Architekturen 
-  * 02.11. Leistungsoptimierung sequentieller Anwendungen 
-  * 07.11. Parallele Programmierung 
-  * 09.11. Betriebssystemaspekte (Vortragender:​ Michael Kuhn) <​html><​!-- TL weg --></​html>​ 
-  * 14.11. Programmierung mit OpenMP (Vortragender:​ Michael Kuhn) <​html><​!-- Denver --></​html>​ 
-  * 16.11. Programmierung mit POSIX-Threads (Vortragender:​ Michael Kuhn) <​html><​!-- Denver --></​html>​ 
-  * 21.11. Vernetzungskonzepte 
-  * 23.11. Programmiermodell Nachrichtenaustausch 
-  * 28.11. Werkzeugarchitekturen 
-  * 30.11. Fehlersuche 
-  * 05.12. Leistungsanalyse (Vortragender:​ Michael Kuhn) <​html><​!-- Genf --></​html>​ 
-  * 07.12. Leistungsmessung 
-  * 12.12. Energieeffizienz und Total Cost of Ownership 
-  * 14.12. Die TOP500-Liste 
-  * 19.12. //​Historische Betrachtungen//​ 
-  * 21.12. Hochleistungs-Eingabe/​Ausgabe (Vortragender:​ Michael Kuhn) <​html><​!-- BK Hamburg --></​html>​ 
-  * 09.01. Parallele Eingabe/​Ausgabe 
-  * 11.01. //Grid- und Cloudcomputing//​ 
-  * 16.01. //Hybride Programmierung//​ (Vortragender:​ Panos Adamidis) [[https://​files.wr.informatik.uni-hamburg.de/​s/​861a1cc4ebd9bea52e95e635dac45b94/​download?​path=%2F&​files=hr-1718-hybride-parallelisierung.pdf|Folien]] <​html><​!-- München --></​html>​ 
-  * 18.01. Fehlertoleranz 
-  * 23.01. //​Visualisierung in der Klimaforschung//​ (Vortragender:​ Michael Böttinger) 
-  * 25.01. //​Rechnerbeschaffung//​ 
-  * 30.01. //​Zukünftige Entwicklungen//​ 
-  * 01.02. Nachbesprechung 
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-  * 23.02. Klausur-Termin 1 (Phil B, 09:​30--11:​30) 
-  * 16.03. Klausur-Termin 2 (Phil C, 09:​30--11:​30) 
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-==== Übungen ==== 
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-  * 16./17.10. Ablauf und Einführung Linux-Cluster {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-00.pdf|Übungsblatt 0}} {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-01.pdf|Übungsblatt 1}} 
-    * Abgabe: 21.10.2017, 23:59 
-    * Übung am **17.10. 12-14 Uhr in Raum 023** 
-    * Zusätzliche Informationen:​ {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-01-praesentation.pdf|Präsentation}} 
-  * 23./24.10. Debugging {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-02.pdf|Übungsblatt 2}} 
-    * Abgabe: 28.10.2017, 23:59 
-    * Übungen am **24.10. Uhr in Raum 023** 
-    * Zusätzliche Informationen:​ {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-02-makefile.pdf|Makefile-Anmerkungen}} 
-  * 30./31.10. **Fällt aus** 
-  * 06./07.11. Leistungsoptimierung sequentieller Anwendungen {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-03.pdf|Übungsblatt 3}} 
-    * Abgabe: 11.11.2017, 23:59 
-  * 13./14.11. OpenMP {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-04.pdf|Übungsblatt 4}} 
-    * Abgabe: 18.11.2017, 23:59 
-  * 20./21.11. POSIX-Threads {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-05.pdf|Übungsblatt 5}} 
-    * Abgabe: 25.11.2017, 23:59 
-  * 27./28.11. Einführung MPI {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-06.pdf|Übungsblatt 6}} 
-    * Abgabe: 02.12.2017, 23:59 
-  * 04./05.12. PDE-Parallelisierungsschema {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-07.pdf|Übungsblatt 7}} 
-    * Übung am **04.12. in Raum 023** 
-    * Abgabe: 09.12.2017, 23:59 
-  * 11./12.12. PDE-Parallelisierung (Jacobi) {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-08.pdf|Übungsblatt 8}} 
-    * Abgabe: 16.12.2017, 23:59 
-  * 18./19.12. PDE-Parallelisierung (Gauß-Seidel) {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-09.pdf|Übungsblatt 9}} 
-    * Abgabe: 06.01.2018 und 13.01.2018, 23:59 
-  * 08./09.01. PDE-Parallelisierung (Gauß-Seidel) Zwischenbesprechung 
-  * 15./16.01. PDE-Auswertung {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-10.pdf|Übungsblatt 10}} 
-    * Abgabe: 20.01.2018, 23:59 
-  * 22./23.01. PDE-Spurdatenanalyse {{:​teaching:​wintersemester_2017_2018:​hr-1718-uebungsblatt-11.pdf|Übungsblatt 11}} 
-    * Abgabe: 27.01.2018, 23:59 
-  * 29./30.01. Letzter Termin 
  
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