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多核并行科学计算算法设计

共计 30 章节
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01
课程导入与多核并行科学计算概览
学习目标 · 多核处理器架构演进 · 并行科学计算的应用场景与挑战
课程导入多核并行科学计算…
02
多核并行硬件与存储层次
多核CPU架构 · 缓存一致性 · 内存层次
多核并行硬件存储层次
03
并行编程模型与工具链
共享内存模型（OpenMP · Pthreads） · 消息传递模型（MPI）
并行编程模型工具链
04
并行算法设计基础
分解策略（数据分解 · 任务分解） · 并行粒度
并行算法设计基础分解策略
05
性能分析基础与 roofline 模型
性能度量指标 · 计时方法 · roofline模型
roofline性能分析基础
06
稠密矩阵乘法并行算法
分块算法 · 缓存优化 · OpenMP任务化与循环并行
稠密矩阵乘法并行…分块算法
07
稠密线性代数并行库与实战
BLAS/LAPACK多线程 · ScaLAPACK分布式 · 块循环分布
稠密线性代数并行…BLAS/LAPACK
08
稀疏矩阵存储格式与SpMV并行
CSR/CSC/COO/ELL等格式 · SpMV并行化策略 · 负载均衡与向量化
SpMV稀疏矩阵存储格式
09
稀疏线性系统迭代求解器并行化
Jacobi · CG · GMRES的并行实现
稀疏线性系统迭代…Jacobi
10
直接法稀疏求解与并行三角求解
稀疏LU/Cholesky · 消去树 · 并行三角求解
直接法稀疏求解并行三角求解
11
快速傅里叶变换并行算法
FFT算法回顾 · 多线程FFT · 分布式FFT
快速傅里叶变换并…FFT
12
蒙特卡洛方法并行化
随机数生成并行化 · 独立重复与并行归约 · 负载均衡与结果合并
蒙特卡洛方法并行…随机数生成并行化
13
粒子模拟与N体问题并行算法
Barnes-Hut树算法 · 快速多极子方法 · 并行化策略
粒子模拟N体问题并行算法
14
偏微分方程数值解并行基础
有限差分法 · 区域分解 · 模板计算并行化
偏微分方程数值解…有限差分法
15
区域分解与并行PDE求解器
重叠与非重叠区域分解 · Schwarz方法 · 并行共轭梯度
PDE区域分解
16
多重网格方法并行化
几何多重网格 · 代数多重网格 · 并行光滑子与粗网格求解
多重网格方法并行…几何多重网格
17
并行随机数生成与可复现性
并行PRNG算法 · 可复现并行随机数 · 统计测试
并行随机数生成可复现性
18
任务并行与运行时系统
任务依赖图 · OpenMP任务 · Cilk/Threading Bui…
任务并行运行时系统
19
GPU加速科学计算算法设计
CUDA编程模型 · 内存层次 · kernel优化
GPU加速科学计算算法…
20
异构计算与多核CPU-GPU协同
异构编程模型 · 负载划分 · 数据传输优化
CPU-GPU异构计算
21
并行I/O与数据密集型科学计算
并行文件系统 · MPI-IO · HDF5并行I/O
I/O并行
22
性能建模与可扩展性分析
强/弱可扩展性 · 性能模型 · 通信开销分析
性能建模可扩展性分析
23
调试与正确性验证
数据竞争检测 · 死锁调试 · 并行调试工具
调试正确性验证
24
并行算法性能优化实战
循环变换 · 向量化 · 缓存分块
并行算法性能优化…循环变换
25
大规模稀疏矩阵计算综合实战
从SpMV到迭代求解器 · 整合并行化 · 预处理与性能优化
大规模稀疏矩阵计…SpMV
26
计算流体力学并行算法实战
有限体积法并行化 · 区域分解 · 通信优化
计算流体力学并行…有限体积法并行化
27
分子动力学并行模拟实战
短程力与长程力并行计算 · 邻居列表 · 区域分解
分子动力学并行模…短程力
28
机器学习中的并行科学计算算法
并行矩阵分解 · 随机梯度下降并行化 · 分布式训练
机器学习并行科学计算算法
29
量子化学与材料计算并行算法
并行Hartree-Fock · 密度泛函理论 · 平面波与局域基组方法
量子化学材料计算并行算法
30
课程综合项目与前沿展望
综合项目设计与实现 · 性能评估与展示 · 新兴架构与并行算法趋势
课程综合项目前沿展望