High Performance Computing - Programmiermodelle und Skalierbarkeit
High Performance Computing - Programming Models and Scalability

Modul IN2013

Dieses Modul wird durch Fakultät für Informatik bereitgestellt.

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom WS 2011/2

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
SS 2012WS 2011/2

Basisdaten

IN2013 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf Bachelor-Niveau und Master-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Katalog der nichtphysikalischen Wahlfächer
GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
120 h 45 h 4 CP

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

- Einführung (Rechnerklassifizierung, Ebenen der Parallelität, Leistungsanalyse, Topologien)
- Grundlagen paralleler Programme (wesentliche Begriffe, Kommunikation und Synchronisation über gemeinsamen Speicher bzw. Nachrichten, parallele Programmstrukturen, Entwurf paralleler Programme)
- Programmierung speichergekoppelter Systeme (Cachekohärenz und Speicherkonsistenz, Variablenanalyse, Programmierung unter OpenMP)
- Programmierung nachrichtengekoppelter Systeme (Message-Passing-Paradigma, Programmierung unter MPI)
- Dynamische Lastverteilung (Grundbegriffe, ausgewählte Strategien, Lastverteilung mittels raumfüllender Kurven)
- Beispiele paralleler Algorithmen (Bitonisches Sortieren, etc.)

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an der Modulveranstaltung sind die Studierenden in der Lage, gut bzw. schlecht parallelisierbare Teile vorliegender sequentieller Algorithmen oder Programme zu identifizieren. Sie können geeignete Parallelisierungsstrategien auswählen sowie anwenden. Sie sind ferner mit den wesentlichen Charakteristika speicher- bzw. nachrichtengekoppelter paralleler Systeme und deren Programmierung vertraut, dass sie vorgegebene oder selbst entwickelte parallele Algorithmen in effiziente Programme (MPI oder OpenMP) auf solchen Systemen umsetzen können.

Voraussetzungen

keine Angabe

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VU 3 High Performance Computing - Programmiermodelle und Skalierbarkeit (IN2013) Mundani, R. Samfaß, P. Di, 12:00–14:00, 5613.EG.009A
Mi, 10:00–12:00, 5607.02.023

Lern- und Lehrmethoden

Das Modul besteht aus einer Vorlesung und einer begleitenden Übungsveranstaltung. Die Inhalte der Vorlesung werden im Vortrag und durch Präsentationen vermittelt. Studierende sollen zum Studium der Literatur und der inhaltlichen Auseinandersetzung mit den Themen
angeregt werden. In den Übungen werden teilweise in Gruppenarbeit gemeinsam konkrete Fragestellungen beantwortet und ausgesuchte Beispiele bearbeitet.

Medienformen

Folien, Tafelarbeit, Übungsblätter

Literatur

- G. Alefeld, I. Lenhardt, H. Obermaier: Parallele numerische Verfahren, Springer, 2002
- I. Foster: Designing and Building Parallel Programs, Addison-Wesley, 1995, and evolving online version
- A. Grama, A. Gupta, G. Karypis, V. Kumar: Introduction to Parallel Computing, Addison Wesley, sec. ed. 2003
- M. J. Quinn: Parallel Programming in C with MPI and OpenMP, McGraw-Hill, 2003
- H. Sagan: Space-Filling Curves, Springer, 1994
- T. Ungerer: Parallelrechner und parallele Programmierung, Spektrum, 1997

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Prüfungsart: Klausur

Die Prüfungsleistung wird in Form einer Klausur erbracht. In dieser soll nachgewiesen werden, dass in begrenzter Zeit ein Problem erkannt wird und Wege zu einer Lösung gefunden werden können. Die Prüfungsfragen gehen über den gesamten Vorlesungsstoff. Die Antworten erfordern eigene Formulierungen. Darüberhinaus können kurze Rechenaufgaben gestellt werden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.