Статья посвящена опыту преподавания суперкомпьютерных технологий на инженерных направлениях подготовки в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет). Представлено содержание курса «Суперкомпьютерное моделирование технических устройств и процессов», который преподается в магистратуре на технических специальностях, а также порядок преподавания данного предмета.
Раздел «Основные понятия о параллельных вычислениях» включает в себя следующие темы:
Необходимость и значимость параллельных вычислений. Режимы выполнения задач: последовательный, псевдопараллельный, параллельный. Виды параллелизма: многопроцессорная обработка, конвейерная обработка, векторная обработка. Пути достижения параллелизма вычислений. Суперкомпьютеры: производительность, списки Top500, Top50. Классификация параллельных систем: систематика Флинна. Кластеры. Топология соединительных сетей мультикомпьютеров. Оценка эффективности параллельных вычислений: ускорение, эффективность, стоимость. Закон Амдала. Закон Густафсона.
Раздел «Расчеты на суперкомпьютерах с использованием специализированных программных пакетов» включает в себя следующие темы:
Модели, их типы, природа моделей, моделирование. Цели моделирования. Этапы моделирования. CAE/CAD системы, основные понятия. История развития CAE/CAD систем. Примеры CAE/CAD систем. Возможности CAE/CAD систем. Обмен файлами между суперкомпьютером и персональным компьютером, постановка задачи на решение на суперкомпьютере. Задачи для суперкомпьютеров. Приложения, где используются суперкомпьютерные вычисления. Методы, используемые для решения задач на суперкомпьютерах в специализированных пакетах программ. Преимущества и недостатки методов. Сходимость и точность. Общие принципы построения пакетов программ, реализующих метод конечных элементов и метод конечных объемов. 3. Порядок преподавания курса «Суперкомпьютерное моделирование технических устройств и процессов»
Лекции проводятся аудиториях, оборудованных мультимедийным проектором. Для практических занятий требуется следующее аппаратное обеспечение:
‒ вычислительный кластер «СКИФ Урал» ЛСМ ЮУрГУ, на котором развернута
многопользовательская система «Персональный виртуальный компьютер» (ПВК) [
Персональный виртуальный компьютер ‒ это универсальное средство доступа для студента в облако образовательных сервисов вуза. Для каждого студента создается отдельный ПВК с индивидуальным профилем. Для запуска ПВК студенты используют личные ноутбуки, нетбуки или другие устройства. Заполнение облака образовательными сервисами осуществляется преподавателями, каждый из которых имеет собственный ПВК [5]. Использование ПВК снижает затраты на создание компьютерных классов и обновление парка ПК университета, обеспечивает студентов доступом к ПВК с лицензионным программным обеспечением, а также повышает безопасность данных за счет централизованного хранения всех компьютеров на едином вычислительном комплексе университета [6].
На ПВК для изучения курса «Суперкомпьютерное моделирование технических устройств и процессов» установлен лицензионный пакет программ ANSYS Mechanical, а также выложены методические указания для выполнения практических работ.
На практических занятиях студенты обучаются решать инженерные задачи в прикладном пакете программ ANSYS Mechanical в последовательном (ПВК) и параллельном режимах (суперкомпьютер [9]). 3. Заключение
Внедрение в учебный план магистратуры инженерных направлений подготовки курса «Суперкомпьютерное моделирование технических устройств и процессов» позволил повысить уровень подготовки студентов в области информационных технологий. Студенты приобретают знания как по суперкомпьютерным технологиям, так и по прикладным пакетам программ, используемых для решения инженерных задач, что повышает качество подготовки инженерных кадров. Литература 9. Суперкомпьютер "Торнадо ЮУрГУ": [http://supercomputer.susu.ac.ru/computers/tornado/]. Experience of teaching of supercomputer technologies on the engineering directions in FSSFEI HPE “SUSU” (NRU) Natalia Dolganina Keywords: teaching, supercomputing technology, engineering education