持続的なグランドチャレンジを支援する 学際計算科学・工学を推進する 人材育成プログラム 東京大学情報基盤センター 2 2009-02-13 超大規模スパコンを駆使した大規模シミュレーションが 新しい科学の開拓のキーとなってきた 科学・工学の第３の方法論！！ 「T2Kオープンスパコン」 「文科省次世代スーパーコンピュータ（ペタコン）」 計算科学 駆使する ためには 必要・必要 計算機科学 学際的研究分野の創成 学際計算科学・工学 3 2009-02-13 事業概要 学際計算科学・工学の 人材育成 (1) 人材育成 (2) 大規模並列アプリケーション 開発支援体制の構築 学部・大学院・ 社会人向け 「学際計算科学・ 工学 人材育成 プログラム」 並列 アプリケーション 開発環境 修了後 HPCミドルウェア 開発・整備 4 2009-02-13 人材育成：環境整備が重要⇒持続的な教育＋持続的な開発支援 学部・大学院・社会人向け 「学際計算科学・工学 人材育成プログラム」 修了後 • SMASHの体系的な教育 – 修士課程までに終わらせる • 育成したい人材 1. スパコンアプリを使える人 2. スパコンアプリを作れる人 3. システムをいじれる人 並列アプリケーション 開発環境 （HPCミドルウェア） • 更なる持続性の軸の付与 – 単なる「教育プログラム」との違い • 自動チューニング機能 – 計算機環境が変化しても，研究 者・技術者のアクティビティを生涯 にわたって持続的に支援 • HPCミドルウェア • 新規ハードウェア Science 第一の柱については一部始動した。 （学際計算科学・工学人材育成委員会） Modeling Algorithm Software Hardware SMASH 5 2009-02-13 SMASH (Science-Modeling-Algorithm-Soft/Hardware) 素粒子 大気・海洋 物性系 固体地学 構造系 宇宙 金融工学系 Sciences (対象領域） 第一原理 データマイニング 流体系 画像処理 化学系 分子軌道法 分子動力法 有限要素法 ゲノム情報系 モンテカルロ法 •ポアソン方程式 •ラプラス方程式 •ナビアストーク方程式 •ブラックショールズ方程式 •シュレディンガー方程式 •マクスウェル方程式 •ニュートン方程式 •… モデルごとに使用するア ルゴリズムを教える Modeling 差分法 スペクトル法 数値解析：誤差解析、積分、ニュートン法、 常微分方程式、連立一次方程式、固有値、 最小二乗法、乱数、FFT,偏微分方程式 線形計画法 データ構造とアルゴリズム 木、グラフ、ネットワーク アルゴリズムの肝を網羅 的に教えることにより、 将来研究で必要になっ たときに備える Algorithms 可視化 プログラミング入門：Fortran, C, C++, JAVA、 シェル、エディタ、UNIX上でのプログラミング 並列プログラミング：OpenMP, MPI, 集団通信アルゴリズム 並列計算機アーキテクチャ：ベクトル並列計算機、共有メモリ 並列計算機、分散メモリ並列計算機、インターコネクション 計算機システム：データ表現、機械語、パイプライン、記憶階層、仮想記憶、性能評価、 Programming ファイルシステム、ネットワーク、オペレーティングシステム (Software) & Computer Architecture (Hardware) 正しい（スケーラブルな）プログラミングを 身につけるために必要な一般教養 6 2009-02-13 重要性・緊急性 「科学・工学の第3の方法論の習得」という必要性に拘わらず 日本の現状では、 柱（１）（２）についても具体的な方策が立てられていない！！ 柱（１） 柱（２） 学部・大学院・社会人向け 「学際計算科学・工学 人材育成プログラム」 並列アプリケーション 開発環境 （HPCミドルウェア） • 大規模並列シミュレーションプログ ラムを開発するための体系的な教 育プログラム • ハードウェア技術の急速な高度化， 複雑化，多様化⇒計算能力を最大 限引き出すアプリ開発は困難 計算科学・工学の持続的な発展を促進するための 人材育成，開発支援体制の整備が急務 7 2009-02-13 理学系研究科 工学系研究科 • 有限体積法 • 並列アルゴリズム • 有限要素法 • 並列可視化手法 学際計算科学・工学 人材育成プログラムの戦略 生産技術研究所 学際計算科学・工学人材育成委員会 情報基盤センター 特任教員群 • • • • データ構造とアルゴリズム 計算機システム 並列計算機アーキテクチャ 並列プログラミング入門 情報理工学系研究科 ① 計算機リテラシー プログラミング言語 ② 科学技術計算基礎論・演習 （数値解析・プログラミングの基礎） • バイオインフォマティックス • 並列探索処理 新領域創成科学研究科 • 責任部局： 「工学系」と「情報理工」 • 人材育成委員会はガイドライン策定⇒認定 ここに厚い壁 ③ アプリケーションの実用的プログラ ミング（有限要素法等） ④ 並列プログラミング • ③，④レベルは手法ごとに全学的共通講義を 研究科単位で開講：各研究科・専攻で単位認定 8 2009-02-13 なぜ東大で ? この新しい方法論を教育し発展させるためには，ある特定分野に限定して行 うべきではなく，多くの学問分野すなわち，理学，工学，新領域，生産技術， 情報理工，などが連携すべき。可能な大学は東大以外少ない。 波及効果 科学・工学の第3の方法論 習得した人材の育成 非常に多くの科学・工学の 発展に大きく寄与 部局資源の活用 • 情報基盤センターのスパコンを無料で使用できる • 昨年度よりセンター教員・研究員により人材育成プログラムを一部始動 （熟成度の項を参照）。 9 2009-02-13 本計画の熟成度 • 学際計算科学・工学人材育成委員会 – （H20.2～，平尾副学長），4研究科，1研究所による連携 – WG組織，教育プログラム策定，実施（H20年度：5回開催） – 「4S型人材育成戦略」：「System，Stage，Status，Style」 • 現在開講中の講義 – 「並列計算プログラミング，先端計算機演習」（理・地球惑星・大学院教育高度化プ ログラム）（H16～，多圏地球COEにて開講） – 「スパコンプログラミング」（工）（H19～） – 「コンピュータ科学特別講義Ⅰ（有限要素法）」（情報）（H20～） • 新規開講予定 – – – – – コンピュータ科学特別講義Ⅰ・Ⅱ（並列有限要素法）（情報）（H21～） 実践コンピュータシステムⅠ・Ⅱ（情報）（H21～） 大規模「非」数値データ処理（新領域）（H22～） 科学技術計算基礎論・演習（情報）（H22～） 各種講習会，差分法，境界要素法，スペクトル法等の講義 10 2009-02-13 何を要求するもの • 人件費 – 特任准教授：7，ポスドク：7，非常勤職員：2，TA：8他） – 各分野（SMASH）の専門家：教育，HPCミドルウェア開発 • • • • • 連続系シミュレーション（固体，流体）（差分法，境界要素法，スペクトル法等） アルゴリズム（数値，非数値） ライブラリ開発，自動チューニング 可視化 連成シミュレーション • スパコン使用料 • ソフトウェア・教材開発 • 設備費 – 開発用計算サーバー等 • 教員再配分要求 – 教授1，准教授1 学際的研究分野 学際計算科学・工学 人材育成，大規模並列シミュレーション開発支援体制 学部・大学院・ 社会人向け 「学際計算科学・ 工学 人材育成 プログラム」 並列アプリケーション 開発環境 HPC （ ミドルウェア） 11 2009-02-13 教育組織：計算物理学先端基礎分野 （理学系研究科）との関係 • 様々な手法（有限要素法，分子動力学等） – 基盤技術の積み重ね：SMASH – 共通のものもある：①，②のレベル • 並列化手法は個々の計算手法で異なる – 教育プログラムはアプリごとに策定する必要 FEM code developed on PC I/F for I/O I/O I/F for Mat.Ass. Matrix Assemble I/F for Solvers Linear Solver I/F for Vis. Vis. HPC-MW for T2K I/O Matrix Assemble Linear Solver Vis. HPC-MW for Earth Simulator I/O Matrix Assemble Linear Solver Vis. HPC-MW for Next Generation Supercomputer • 理学系研究科 – – – – 粒子系シミュレーション 大規模データ解析 「SMASH」をカバー 「2本の柱」に貢献 アプリ情報 提供 高速化・ 最適化支援 • 本事業 – 連続体シミュレーション – 基盤（HPCミドルウェア） – 「SMASH」全体をカバー 12 2009-02-13 学際計算科学・工学人材育成プログラムのカリキュラム 各学科・専攻 ← S 学際計算科学・工学 人材育成プログラム M A S 全学ゼミ：スパコン プログラミング入門④ 情報 駒 場 計算機 リテラシー① 本 郷 大 学 院 ・ 修 士 数値解析② 偏微分方程式 数値解法 有限要素法 境界要素法 等 H → ガ イ ド ラ イ ン 科学技術計算基礎論・ 同演習（情）② スパコンプログラミング （工）④ コンピュータ科学特講Ⅰ 並列計算プログラミング 有限要素法（情）③ 先端計算機演習 （理）③④ コンピュータ科学特講Ⅱ 並列有限要素法（情）④ 並列「非」数値処理 （新領域）③④ 実践コンピュータ システムⅠ・Ⅱ（情）④ 講習会，特別講義 等 並列 プログラミング 短期集中 T2K利用 MPI入門 チューニング 入門 HPC-MW RSS21 アプリケーション 科学技術計算 基礎論・同演習 短期集中 マルチコア プログラミング 入門 連立一次方程式 解法 並列可視化 アプリケーション 使用法 各種ライブラリ LAPACK PETSc等
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