Détails du cours AMS-TA01

Parallel Scientific Computing

Cette page est essentiellement destinée aux enseignants et regroupe toutes les informations nécessaires à la gestion d'un cours ENSTA.

Identité du cours

Sigle : AMS-TA01
Titre français : Calcul scientifique parallèle
Titre anglais : Parallel Scientific Computing
Méta infos : modifiée le : 17/11/2016   par : ciarlet   Nb de visiteurs : 408   annee : 3A      periode : 1      ECTS : 4.5      type : unknown     
ouvert : Oui     modif. autorisée : Oui     email auto. au responsable : Oui     à évaluer : Oui     en ligne : Non    
domaine ParisTech : 1b    

Equipe pédagogique

Responsable (login) :
Professeur principal :
Professeurs participants : Patrick CIARLET,    Erell JAMELOT,    Edouard AUDIT,    Pierre KESTENER,    Nicolas KIELBASIEWICZ,    Axel MODAVE,   
Maitres de conférences :

Contenu

Objectifs : On présente des modèles théoriques reliés à des problèmes classiques de
calcul réparti, qui peuvent être structurés ou non-structurés ; puis on
explique comment les résoudre en traitant des applications pratiques en calcul
scientifique. Pour cela, on considère une architecture informatique classique
en calcul réparti, formée de nœuds de calculs, reliés entre eux par un
réseau d'interconnexion. Idéalement, il s'agit de pouvoir effectuer des
calculs simultanément, ou en parallèle, sur tous les nœuds. Des projets
pratiques de mise en œuvre seront réalisés.

Dans la partie "cours", on propose pour commencer un panorama d'une part des
principaux algorithmes, et d'autre part des architectures matérielles et
aspects technologiques.
On étudie principalement les architectures à mémoire distribuée : la
mémoire est locale à chaque nœud, ce qui nécessite l'échange des messages
entre les nœuds via des communications pour transmettre de l'information. Pour
paralléliser l'exécution d'un programme sur une telle architecture, en plus
d'effectuer des calculs en parallèle sur tous les nœuds, il s'agit donc de les
faire communiquer entre eux aussi peu que possible.
On s'intéresse en particulier au problème de la répartition des données, sur
une architecture distribuée. Pour opérer une répartition convenable sur les
nœuds, il faut étudier les interactions (communications) entre les données,
ainsi que leur poids respectif (calculs). Ensuite, on peut les répartir, en
tenant compte de ces deux jeux de paramètres.
Les applications numériques sont issues de la discrétisation d'équations aux
dérivées partielles par différences finies, volumes finis ou éléments
finis. On considère tout d'abord la résolution itérative de systèmes
linéaires, à l'aide des méthodes de Jacobi et Gauss-Seidel. Dans un second
temps, on étudie des méthodes itératives plus avancées de type gradient
conjugué ou GMRES. Enfin, on considère les méthodes d'accélération de
convergence basée sur des préconditionneurs. Pour chaque méthode, on met en
évidence les algorithmes permettant de les paralléliser.

Pour la partie "projet", consacrée à la mise en oeuvre informatique, on
s'appuie essentiellement sur la bibliothèque d'échange de messages MPI
(Message Passing Interface).
Un premier projet porte sur la résolution de modèles structurés. Il s'agit de
paralléliser un code de type volumes finis sur une grille régulière 2D
modélisant l'écoulement d’un fluide compressible.
Un second projet met l'accent sur des aspects plus techniques de la
programmation à l'aide de la bibliothèque MPI et sur l'utilisation de
fonctions "avancées".
Mots clés :
Objectives :
Keywords :
Supports :
Biblio : – P. Ciarlet, E. Jamelot, Rappels de calcul scientifique, ENSTA.
– I. Foster, Designing and Building Parallel Programs, Addison-Wesley, 1995.
– F. Magoulès, F.-X. Roux, Calcul scientifique parallèle, Dunod, 2013.
– Y. Saad, Iterative Methods for Sparse Linear Systems, Second Edition, SIAM,
2003.
Contrôle : Examen écrit pour la partie "cours" ;
Réalisation de projets pour la partie "projet".

Besoins particuliers et remarques éventuelles

Moyens :
Commentaires :

Séances

mer. 14 sept. 2016   - 8:45 à 12:15 : Bloc de Module (1/2 journée) (MOD)
programme : Présentation générale abstraite du calcul réparti Cours à l'ENSTA - salle 1314
besoin :
Intervenants : Patrick CIARLET,
ven. 16 sept. 2016   - 9:00 à 12:30 : Bloc de Module (1/2 journée) (MOD)
programme : Introduction HPC Cours à l'ENSTA - salle 1314
besoin :
Intervenants : Pierre KESTENER,
mer. 21 sept. 2016   - 8:45 à 10:30 : Cours Magistral (CM)
programme : Problèmes structurés : discrétisation par différences finies Cours à l'ENSTA - salle 1314
besoin :
Intervenants : Patrick CIARLET,
mer. 21 sept. 2016   - 10:45 à 12:15 : Petite Classe (PC)
programme : Etude de la bipartition pour les problèmes non-structurés
besoin :
Intervenants : Patrick CIARLET,
ven. 23 sept. 2016   - 9:00 à 12:30 : Bloc de Module en salle Info (MODI)
programme : TP MPI Séance 1 Cours à l'ENSTA - salles 1218/1219
besoin :
Intervenants : Erell JAMELOT, Pierre KESTENER,
mer. 28 sept. 2016   - 8:45 à 10:30 : Cours Magistral (CM)
programme : Algorithmes itératifs de résolution : (1) présentation générale Cours à l'ENSTA - salle 1314
besoin :
Intervenants : Erell JAMELOT,
mer. 28 sept. 2016   - 10:45 à 12:15 : Petite Classe (PC)
programme : Parallélisation de la résolution itérative des problèmes structurés
besoin :
Intervenants : Patrick CIARLET,
ven. 30 sept. 2016   - 8:45 à 10:15 : Cours Magistral (CM)
programme : Algorithmes itératifs de résolution : (2a) méthode du gradient conjugué Cours à l'ENSTA - salle 2413
besoin :
Intervenants : Patrick CIARLET,
ven. 30 sept. 2016   - 10:30 à 12:15 : Petite Classe (PC)
programme : Algorithmes itératifs de résolution : (2b) méthodes de Krylov
besoin :
Intervenants : Erell JAMELOT,
mer. 05 oct. 2016   - 9:00 à 12:30 : Bloc de Module en salle Info (MODI)
programme : TP MPI Séance 2 Cours à l'ENSTA - salles 1218/1219
besoin :
Intervenants : Pierre KESTENER, Axel MODAVE,
ven. 07 oct. 2016   - 9:00 à 12:30 : Bloc de Module en salle Info (MODI)
programme : TP MPI Séance 3 Cours à l'ENSTA - salles 1218/1219
besoin :
Intervenants : Pierre KESTENER, Axel MODAVE,
mer. 12 oct. 2016   - 8:45 à 12:15 : Bloc de Module (1/2 journée) (MOD)
programme : Problèmes non-structurés : discrétisation par éléments finis et partitionnement de maillage Cours à l'ENSTA - salle 1314
besoin :
Intervenants : Patrick CIARLET,
ven. 14 oct. 2016   - 9:00 à 12:30 : Bloc de Module en salle Info (MODI)
programme : Projets Séance 1 Cours à l'ENSTA - salles 1218/1219
besoin :
Intervenants : Edouard AUDIT, Nicolas KIELBASIEWICZ,
mer. 19 oct. 2016   - 8:45 à 12:15 : Bloc de Module (1/2 journée) (MOD)
programme : Algorithmes itératifs de résolution : (3) GMRES et techniques de préconditionnement Cours à l'ENSTA - salle 1314
besoin :
Intervenants : Erell JAMELOT,
ven. 21 oct. 2016   - 9:00 à 12:30 : Bloc de Module en salle Info (MODI)
programme : Projets Séance 2 Cours à l'ENSTA - salles 1218/1219
besoin :
Intervenants : Edouard AUDIT, Nicolas KIELBASIEWICZ,
mer. 26 oct. 2016   - 9:00 à 12:30 : Bloc de Module en salle Info (MODI)
programme : Projets Séance 3 Cours à l'ENSTA - salles 1218/1219
besoin :
Intervenants : Edouard AUDIT, Nicolas KIELBASIEWICZ,
ven. 28 oct. 2016   - 9:00 à 12:30 : Bloc de Module en salle Info (MODI)
programme : Projets Séance 4 Cours à l'ENSTA - salles 1218/1219
besoin :
Intervenants : Edouard AUDIT, Nicolas KIELBASIEWICZ,
mer. 02 nov. 2016   - 8:45 à 9:45 : Cours Magistral (CM)
programme : Algorithmes itératifs de résolution : (4) avec interface Cours à l'ENSTA - salle 1314
besoin :
Intervenants : Erell JAMELOT,
mer. 02 nov. 2016   - 10:00 à 12:15 : Petite Classe (PC)
programme : Algorithmes directs de résolution avec interface
besoin :
Intervenants : Erell JAMELOT,
ven. 04 nov. 2016   - 9:00 à 12:30 : Bloc de Module en salle Info (MODI)
programme : Projets Séance 5 Cours à l'ENSTA - salles 1218/1219
besoin :
Intervenants : Edouard AUDIT, Nicolas KIELBASIEWICZ,
mer. 09 nov. 2016   - 8:45 à 12:15 : Bloc de Module (1/2 journée) (MOD)
programme : Méthodes de Décomposition de Domaine Cours à l'ENSTA - salle 1314
besoin :
Intervenants : Erell JAMELOT,
mer. 16 nov. 2016   - 8:45 à 12:15 : Contrôle (CC)
programme : Examen écrit Cours à l'ENSTA - salle 1314
besoin :
Intervenants : Patrick CIARLET, Erell JAMELOT,
jeu. 24 nov. 2016   - 13:30 à 17:00 : Contrôle (CC)
programme : Soutenances de projets Cours à l'ENSTA - salles 2235/2236
besoin :
Intervenants : Edouard AUDIT, Pierre KESTENER, Nicolas KIELBASIEWICZ, Axel MODAVE,