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授業の内容

概要・目的

計算アルゴリズムと計算機アーキテクチャによる高精度計算と高速計算の基礎、並列計算技法、応用事例を教授する。コンピュータを活用する上で最も重要な逐 次計算の高速化技法と、マルチコアCPUを搭載する計算機での並列計算技法について、C言語を利用して実習を行う。計算科学についての基礎力をつけること を目的とする。

実施体制

本科目は、情報学研究科・情報教育推進センターとの協力のもとで行われています。

授業計画と内容

シミュレーション科学の基礎として、計算の精度と実行時間、並列プログラミング（OpenMPとMPI入門）、事例研究について学ぶ。
全15回の予定は以下の通りである。

・数値計算についての講義4回
(1)数値計算の精度と安定性
数値計算の結果の精度を向上させるための数理的背景を持つ事例、多倍長計算の活用、計算機における演算、計算スキームの安定性などの解説

(2)数値計算の高速化 BLAS&LAPACK
数値計算を高速化するための一つの有効な手段として、数値計算ライブラリとして有名なBLASとLAPACKの構造やその活用法の解説

・計算科学についての講義3回
(1)逐次計算の高速化と並列計算
計算機アーキテクチャの説明、キャッシュの有効活用、データの再利用などによる逐次計算の高速化とデータ分割、キュー、粒度などの並列計算の基礎理論の説 明

(2)OpenMPによる並列計算
並列計算のためのOpenMPプログラミング技法、基礎理論、逐次プログラムからの変更点などの紹介

(3)MPIによる並列計算
並列計算のためのMPIの並列モデル、基礎理論、基本関数の使い方などの解説

・スーパーコンピュータ実習 3回
(1) C言語による逐次計算の高速化技法についての実習

(2) C言語によるマルチコアCPUを搭載する計算機での並列計算技法についての実習

(3) C言語による分散メモリ型並列計算機での並列計算技法についての実習

・事例研究についての講義5回

履修要件

・課題実習では、学術情報メディアセンターのスーパーコンピュータを使用します。情報学研究科に所属の学生は事前に取得しているアカウントを使用します． 他研究科履修生については本演習用に必要に応じてアカウントを配布します。
・実習用端末として、ノート型PCを持参してください。持参できるノート型PCがない場合には情報学研究科教務掛にあらかじめ申し出てください。

予備知識

成績評価の方法・基準

計算を高速、高精度化するための技法の習得と、逐次計算の高速化ならびに並列計算の基礎知識を身につけることを目標とします。さらに、ライブラリの有効活 用や、事例研究を通しての実問題への有効なアプローチのための数理と並列化などの効率的な計算のための知識を習得することも目標にします。「数値計算につ いての講義」とスーパーコンピュータ実習の中で、レポート課題を出題し、そのレポートの内容から習熟度を判断し、さらに出席状況を加えて、総合的に評価し ます。

教科書

講義資料を配布
特に定めない

参考書等

その他（授業外学習の指示・オフィスアワー等）

オフィスアワーについては担当教員の KULASIS 登録情報を参照すること。

授業情報