Методика формирования Свода знаний и умений
Разработка Свода проводилась в 2010-2012 гг. в рамках проекта «Создание системы подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения» Комиссии при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России (https://hpc-education.ru). Выполнение данного проекта осуществлялось Московским госуниверситетом при привлечении ведущих вузов страны (ННГУ, ТГУ, ЮУрГУ, СПбГУ ИТМО, МФТУ, ДФУ, ЮФУ) и участия многих других членов Суперкомпьютерного консорциума университетов России.
Разработанный Свод является основой работ по анализу и расширению государственных образовательных стандартов, по разработке учебных планов и учебных курсов и по реализации программ подготовки, переподготовке и повышения квалификации в области суперкомпьютерных технологий и высокопроизводительных вычислений.
При разработке Свода широко использовался опыт исполнителей проекта по подготовке кадров в области СКТ. В значительной степени учитывался также опыт разработки рекомендаций по составлению учебных планов в области информатики ComputingCurricula международных сообществ ACM и IEEE.
На самом верхнем уровне рассмотрения в составе Свода были выделены 5 основных областей знаний, представляющих весь спектр проблематики компьютерных вычислений:
Приведем состав сформированного Свода знаний и умений до уровня тематических разделов включительно.
№ | Область знаний, раздел |
1 | Математические основы параллельных вычислений |
1.1 | Графовые модели программ |
1.2 | Концепция неограниченного параллелизма |
1.3 | Тонкая информационная структура программ |
1.4 | Эквивалентные преобразования программ |
1.5 | Модели вычислений для компьютерных систем |
1.6 | Математические модели параллельных вычислений |
2 | Параллельные вычислительные системы (компьютерные основы) |
2.1 | Основы машинных вычислений |
2.2 | Основы построения компьютерных систем |
2.3 | Параллельные вычислительные системы |
2.4 | Многопроцессорные вычислительные системы |
2.5 | Многопроцессорные вычислительные системы с общей памятью |
2.6 | Многопроцессорные вычислительные системы с распределенной памятью |
2.7 | Графические процессоры |
2.8 | Вычислительные системы транспетафлопсной и экзафлопсной производительности |
2.9 | Распределенные вычислительные системы |
2.10 | Проблемы функционирования суперкомпьютерных центров и центров обработки данных |
3 | Технологии параллельного программирования (основы программной инженерии) |
3.1 | Общие принципы разработки параллельных программ |
3.2 | Основы параллельного программирования |
3.3 | Методы и технологии разработки параллельных программ |
3.4 | Параллельные проблемно-ориентированные библиотеки и комплексы программ |
3.5 | Инструментальные среды для разработки параллельных программ |
3.6 | Методы повышения эффективности параллельных программ |
4 | Параллельные алгоритмы решения задач |
4.1 | Общие принципы разработки параллельных алгоритмов |
4.2 | Учебные алгоритмы параллельного программирования |
4.3 | Параллельные алгоритмы матричных вычислений |
4.4 | Параллельные алгоритмы сортировки и поиска данных |
4.5 | Параллельные алгоритмы обработки графов |
4.6 | Параллельные алгоритмы решения дифференциальных уравнений в частных производных |
4.7 | Параллельные алгоритмы решения оптимизационных задач |
4.8 | Параллельные алгоритмы Монте-Карло |
4.9 | Параллельные алгоритмы для других классов вычислительно-трудоемких задач |
5 | Параллельные вычисления, большие задачи и конкретные предметные области |
5.1 | Параллельные методы решения вычислительно сложных задач наук о Земле |
5.2 | Параллельные методы решения вычислительно сложных задач наук о жизни |
5.3 | Параллельные методы решения вычислительно сложных задач инженерных расчетов |
5.4 | Параллельные методы решения вычислительно сложных задач квантовой химии |
5.5 | Параллельные методы решения задач атомистического моделирования |
5.6 | Параллельные методы решения вычислительно сложных задач оборонной тематики |
5.7 | Прямые и обратные задачи механики реагирующих сред |
После подготовки начального варианта Свод прошел тщательную экспертизу в Научно-образовательных центрах суперкомпьютерного образования, созданных в рамках выполнения проекта. Разработанный Свод был представлен и активно обсуждался на основных российских конференциях суперкомпьютерной тематики.