Свод знаний и умений
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:
- Математические основы параллельных вычислений.
- Параллельные вычислительные системы (компьютерные основы).
- Технологии параллельного программирования (основы программной инженерии).
- Параллельные алгоритмы решения задач.
- Параллельные вычисления, большие задачи и конкретные предметные области.
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.