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開講予定のシラバス(修士1、2年生)

平成27年度
分野系列  -
開講年度  2015
授業科目名  先端GPGPUシミュレーション工学特論
科目名(フリガナ)  センタンGPGPUシミュレーションコウガクトクロン
授業科目英文名  GPGPU Advanced Programming
授業形態  講義
単位数  1単位
開講学期  1学期
担当教員  出川 智啓、中川 匡弘
主担当者(フリガナ)  デガワ トモヒロ  ナカガワ マサヒロ
教員室または連絡先  -
授業目的
および
達成目標
 [教育目的]
 学部で修得した学際的分野におけるGPGPU実践プログラミングの知識をもとに、より実践的なGPUへの実装方法を講述する。特に、汎用的プログラミングにおけるGPUの実装で問題となるメモリの使用方法、条件分岐による並捌処理の非効率化について、実例をあげて、その対策法を修得する。
また、学生自身が研究で使用しているシミュレーションや数値計算について、GPUへの実装・高速化を通して、異分野に亘る高度専門知識を涵養する。

 [教育目標]
 A.広い視野の育成と認識
 E.専門基礎能力
 F.創造力、判断力
 G.指導的な技術科学実践者の資質

 [達成目標]
 1.産業界におけるGPUの役割を説明できる
 2.GPUプログラミングでのメモリの最適な使用方法を理解し、最適なメモリを選択できる
 3.条件分岐におけるパフォ一マンス低下の理由を理解し、回避方法や適切な実装方法を説明できる
 4.数値計算の高速化手法を修得し、プログラムを作成して実行し、その性能を評価できる
 5.CPUとGPUの協調プログラミングを修得し、プログラムを作成することができる 
授業キーワード  GPGPUコンピューティング、高速化、、数値流体力学、
 差分法、連立一次方程式、Poisson方程式
授業内容
および
授業方法
 GPUのメモリ階層とプログラム構造の詳細についての講義を行う。その際、様々なメモリの選択方法やプログラムの性能評価指針を解説する。偏微分方程式の差分計算およびPoisson
方程式の求解を例にGPUへの実装を行い、それらを組み合わせて数値流体力学に応用する。また、CPUとGPUや複数のGPUが協調するプログラムについても解説する。
授業項目  1.先端シミュレーションおよび産業界におけるGPUの役割
 2.GPUによる並列計算の概念とメモリアクセス
 3.GPUプログラム構造の詳細(threadとwarp)
 4.GPUのメモリ階層の詳細(共有メモリ)
 5.GPUのメモリ階層の詳細(様々なメモリの利用)
 6.プログラムの性能評価指針(FLOP/Byte、計算律速、メモリ律速)
 7.総和計算(Atomic演算)
 8.偏微分方程式の差分計算(拡散方程式)
 9.偏微分方程式の差分計算(移流方程式)
10.Poisson方程式の求解(線形連立一次方程式)
11.数値流体力学への応用(支配方程式、CPUプログラム)
12.数値流体力学への応用(GPUへの移植)
13.数値流体力学への応用(高度な最適化)
14.CPUとGPUの協調
15.複数GPUの利用
教科書  特になし。

※授業毎に授業で用いるスライドのpdfファイルやプログラムのソースコードを配布する。
その他、授業内容に応じて必要な資料を配布する。
参考書  はじめてのCUDAプログラミング 青木尊之 額田彰 工学社
成績の
評価方法と
評価項目
 項目ごとにレポート(満点:100点)を課し、それらの平均点で評価して、60点以上を合格とする。
理由のない授業の欠席(4回以上)や試験の未受験、課題レポートの未提出があった場合は成績を評価しない。
留意事項  -
参照
ホームページ名称
およびアドレス
 -

平成26年度
分野系列  -
開講年度  2014
授業科目名  先端GPGPUシミュレーション工学特論
科目名(フリガナ)  センタンGPGPUシミュレーションコウガクトクロン
授業科目英文名  GPGPU Advanced Programming
授業形態  講義
単位数  1単位
開講学期  2学期
担当教員  出川 智啓、中川 匡弘
主担当者(フリガナ)  デガワ トモヒロ  ナカガワ マサヒロ
教員室または連絡先  -
授業目的
および
達成目標
 [教育目的]
 学部で修得した学際的分野におけるGPGPU実践プログラミングの知識をもとに、より実践的なGPUへの実装方法を講述する。特に、汎用的プログラミングにおけるGPUの実装で問題となるメモリの使用方法、条件分岐による並列処理の非効率化について、実例をあげて、その対策法を修得する。
また、学生自身が研究で使用しているシミュレーションや数値計算について、GPUへの実装・高速化を通して、異分野に亘る高度専門知識を涵養する。

 [教育目標]
 A.広い視野の育成と認識
 E.専門基礎能力
 F.創造力、判断力
 G.指導的な技術科学実践者の資質

 [達成目標]
 1.汎用的シミュレーションにおけるGPGPUのメモリ階層についての理解
 2.GPGPUプログラミングでのメ毛リの最適な使用方法の理解
 3.条件分岐におけるパフォーマンス低下の理由の理解
 4.条件分岐問題の最適なGPUへの実装方法の理解
 5.数値計算の高速化手法の修得
 6.CPUとGPUの協調プログラミングの修得
授業キーワード  GPGPUコンピューティング、高速化、計算機合成ホログラム、  FDTD法、モンテカルロ法
授業内容
および
授業方法
 GPUに実装する際に問題となるGPUのメモリ階層とプログラム構造の詳細についての講義を行う。
 その際、並列計算が非効率的になる原因について、(メモリアクセスが頻繁に起こる問題、条件分岐が頻繁に起きる問題)をあげて講義する。
 また、その解決方法について、いくつかの手法について、その原理などを講義する。
 さらに実際の数値計算について実装を行い、その高速化を評価する。
授業項目  1.GPUプログラム構造の詳細
 3.GPUメモリ階層の詳細
 4.並列計算の効率化
 5.並列計算の非効率化への対応
 6.GPUでの肝算の非効率化の原因
 7.GPUとCPUの協調
 8.計算ネックな数値計算について
 9.画像処理への応用
10.計算機合成ホログラム等への応用
11.数値流体力学への応用(粒子法)
12.メモリネックな数値計算について
13.FDTD法
14.数値流体力学への応用(差分法)
15.モンテカルロ法を用いたシミュレーション
教科書  特になし。
参考書  はじめてのCUDAプログラミング 青木尊之 額田彰 工学社
成績の
評価方法と
評価項目
 項目ごとにレポート(満点:100点)を課し、それらの平均点で評価して、60点以上を合格とする。
留意事項  -
参照
ホームページ名称
およびアドレス
 -

平成25年度
分野系列  -
開講年度  2013
授業科目名  先端GPGPUシミュレーション工学特論
科目名(フリガナ)  センタンGPGPUシミュレーションコウガクトクロン
授業科目英文名  GPGPU Advanced Programming
授業形態  講義
単位数  2単位
開講学期  1学期
担当教員  教員A、増田 信之、中川 匡弘
主担当者(フリガナ)  キョウインA マスダ ノブユキ ナカガワ マサヒロ
教員室または連絡先  -
授業目的
および
達成目標
 [教育目的]
 GPGPU実践プログラミングの知識をもとに、より実践的なGPUへの実装方法を修得する。
 特にGPUの実装で問題となるメモリの使用方法、条件分岐による並列処理の非効率化について、実例をあげて、その対策法を修得する。
 また、学生自身が研究で使用している数値計算について、GPUへの実装・高速化を通して、異分野に亘る高度専門知識を涵養する。

 [教育目標]
 A.広い視野の育成と認識
 E.専門基礎能力
 F.創造力、判断力
 G.指導的な技術科学実践者の資質

 [達成目標]
 1.GPGPUのメモリ階層についての理解と実装
 2.条件分岐におけるパフォーマンス低下の理由の理解
 3.条件分岐問題の最適なGPUへの実装方法の理解
 4.数値計算の高速化手法の修得
 5.CPUとGPUの協調プログラミングの修得
授業キーワード  GPGPUコンピューティング、高速化、計算機合成ホログラム、FDTD法、モンテカルロ法
授業内容
および
授業方法
 GPUに実装する際に問題となるGPUのメモリ階層とプログラム構造の詳細についての講義を行う。
 その際、並列計算が非効率的になる原因について、実例をあげて講義する。
 また、その解決方法について、いくつかの手法について、その原理などを講義する。
 さらに実際の数値計算について実装を行い、その高速化を評価する。
授業項目  1.GPUプログラム構造の詳細
 2.GPUメモリ階層の詳細
 3.並列計算の効率化
 4.並列計算の効率化の例
 5.GPUとCPUの協調
 6.計算機合成ホログラム
 7.モンテカルロを用いたシミュレーション
 8.FDTD法
教科書  特になし。
参考書  はじめてのCUDAプログラミング 青木尊之 額田彰 工学社
成績の
評価方法と
評価項目
 項目ごとにレポート(満点:100点)を課し、それらの平均点で評価して、60点以上を合格とする。
留意事項  -
参照
ホームページ名称
およびアドレス
 -

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