Dienstag: 14:15-16:00
GB V, HS 113
Donnerstag
16.15-18.00
GB V, R 420
Peter Buchholz
(Tel.: (0231) 755 4746, Email: peter.buchholz@udo.edu)
Sprechstunde: Donnerstag
10:00-11.30 und n.V. GB V R 406a
Die Analyse vieler komplexer natürlicher und
technischer Systeme erfordert den Einsatz rechenintensiver numerischer
Verfahren. Typische Anwendungsgebiete sind die Wetter- oder Klimavorhersagen,
die Analyse von Meeresströmungen, die Optimierung des Luftwiderstands im
Fahrzeugbau, die Dimensionierung von Puffern in Kommunikationssystemen und
viele andere mehr. Für die meisten dieser Probleme sind Analysealgorithmen
grundsätzlich bekannt, eine genügend genaue Analyse erfordert aber einen
immensen Rechenaufwand, der den Einsatz von Multiprozessorsystemen oder
mehreren lose gekoppelten Workstations notwendig macht. Um die Rechenkapazität
dieser Systeme zu nutzen, müssen entsprechende Algorithmen verfügbar sein, die
sich in vielen Fällen nicht unmittelbar aus sequentiellen Algorithmen herleiten
lassen. Gerade im Bereich des wissenschaftlichen Rechnens, zu dem auch die
genannten Anwendungsgebiete gehören, wurden effiziente und praktisch
einsetzbare parallele Algorithmen in den letzten Jahren entwickelt. Im Rahmen
der Vorlesung werden wir uns mit der Parallelisierung numerischer Algorithmen
beschäftigen. Wegen der Breite des Gebiets kann nur ein kleiner Teilbereich
behandelt werden. Als Voraussetzungen für die Realisierung numerischer
Verfahren in verteilten Umgebungen ist ein Überblick über heute verfügbare
Formen paralleler und verteilter Rechnersysteme notwendig. Ein solcher
Überblick wird zu Anfang der Vorlesung gegeben. Weiterhin sind parallele und
verteilte Algorithmen sehr stark vom verwendeten Programmiermodell abhängig.
Insofern muss bei einer Beschäftigung mit der Parallelisierung von numerischen
Algorithmen auch die konkrete Programmierumgebung einbezogen werden. Im Rahmen
der Vorlesung wird deshalb ein Überblick über parallele Programmiermodelle
gegeben. Dabei wird insbesondere auf die Programmierung über Message-Passing
mit Hilfe der Bibliothek MPI eingegangen. Auf Basis dieser Bibliothek werden
unterschiedliche Algorithmen eingeführt und in den Übungen praktisch
realisiert. Der zweite Teil der Vorlesung beschäftigt sich mit der parallelen
Realisierung konkreter numerischer Algorithmen aus unterschiedlichen
Anwendungsgebieten. Für jedes Anwendungsgebiet werden Analysealgorithmen vorgestellt und bzgl.
ihrer Parallelisierbarkeit untersucht.
Es ist geplant, die vorlesungsbegleitenden Übungen als
Projektübungen durchzuführen. D.h. es sollen in Kleingruppen (2-3 Studierende)
einfache Probleme der parallelen Numerik praktisch gelöst werden. .
Unter http://www.open-mpi.org
finden Sie unterschiedliche Implementierungen
von MPI, der Kommunikationsbibliothek, die wir benutzen wollen.
Unter Linux sollte die LAM-Bibliothek
verwendet werden. Unter Windows kann man die MPICH Variante aus
Aachen nutzen, mit der ich allerdings noch keine Erfahrungen habe.
Folienkopien werden im Laufe des Semesters verfügbar
gemacht.
Für die Vorbereitung der Vorlesung wurden insbesondere
die folgenden Bücher verwendet:
Wünschenswert, aber nicht zwingend vorausgesetzt sind Basiskenntnisse numerischer Mathematik.
· Blatt 1
· Blatt 2
· Blatt 3
· Blatt 4