Advanced Parallel Computing and Solvers for Large Problems in Engineering

In der Simulation kontinuumsmechanischer Fragestellungen wachsen mit den Problemgrössen auch die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Computer. Eine Art, diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist zur Zeit der Einsatz von Parallelrechnern. Bei diesen werden Aufgaben auf mehrere Prozessoren verteilt und dann gemeinschaftlich und gleichzeitig bearbeitet.
Leider ist es i.d.R. nicht möglich, herkömmliche serielle Programme auf einem parallelen Computer auszuführen und so eine entsprechend schnellere Lösung zu erzielen. Vielmehr müssen Methoden, Algorithmen und Software speziell fuer Parallelrechner erdacht und umgesetzt werden. Dieser Kurs gibt einen Überblick über Methoden und parallele Techniken, wie sie in der parallelen Simulation der Struktur- und Fluidmechanik verwendet werden. In Übungen soll dem Studierenden die Gelegenheit gegeben werden, parallele Algorithmen selbst auszuprobieren und/oder einfach parallele Anwendungen zu entwerfen und umzusetzen.

Nach der erfolgreichen Teilnahme an der Modulveranstaltung Advanced Parallel Computing and Solvers for Large Problems in Engineering sind die Studierenden in der Lage, grundlegende Konzepte des Einsatzes von Mehrprozessorarchitekturen in der Simulation zu beurteilen und die grundsätzlichen Einsatzgebiete zu erkennen. Sie verstehen weiter wesentliche Basiskonzepte der Gebietszerlegung und können diese mit den erlernten Methoden analysieren und vergleichen. Hiermit beherrschen sie auch die Grundlagen für den Entwurf paralleler Lösungsalgorithmen für sehr grosse Gleichungssysteme. Eine Einführung in Mehrgittermethoden ermöglicht den Einblick in aktuelle Fragestellungen der Entwicklung von Algorithmen für Höchstleistungsrechner. Die erlernten grundlegenden Methoden tragen zur Entwicklung der Fähigkeit bei, parallele Simulationsfragestellungen in Ingenieurproblemen zu formulieren und sie selbstständig zu lösen.

Programmierkenntnisse in C oder C++ sind von Vorteil, jedoch nicht Bedingung

Die Vorlesung findet als Vortrag statt. Wichtige Inhalte der Vorlesung werden am Tablet-PC angeschrieben, die die Studierenden in ihr Handout übertragen können. In den Übungen werden Beispielaufgaben gemeinsam erarbeitet und gelöst. Die Bearbeitung ist freiwillig. Übungen am Computer werden als Blockveranstaltung an zwei Terminen im Semester angeboten, in denen die Kenntnisse aus der Vorlesung an praktischen Beispielen geübt und wiederholt werden.

Vortrag, Präsentation mit Tablet-PC, Lernmaterialien auf Lernplattform, Übungsmaterialien für praktische Übung am Parallelrechner

Mitschrieb der Vorlesung, Handout Vortragsfolien

In einer 45-minütigen, mündlichen Prüfung zeigen Studierende, dass sie die Grundlagen der parallelen Algorithmen beherrschen, parallele Simulationsfragestellungen in Ingenieurproblemen formulieren und Wege zu deren Lösung finden können. In zwei vorlesungsbegleitenden Blockübungen am Computer zeigen die Studierenden, dass sie die zugehörigen Methoden und Kenntnisse zur Lösung konkreter ingenieurwissenschaftlicher Probleme anwenden können. Das Ergebnis der mündlichen Prüfung geht in die Modulnote ein. Die Teilnahme an den Übungen trägt zum Verständnis des Stoffes bei und ist daher dringend empfohlen.