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科学计算任务分块与负载均衡

共计 30 章节
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01
课程导入与问题定义
科学计算任务分块与负载均衡的核心目标 · 典型场景（如大规模数值模拟 · 参数扫描
课程导入问题定义
02
科学计算任务特征分析
计算密集型与数据密集型任务的区分 · 任务粒度与并行度 · 依赖关系建模
科学计算任务特征…计算密集型
03
任务分块基础方法
均匀分块 · 循环分块 · 块循环分块
任务分块基础方法均匀分块
04
负载均衡度量与评价指标
负载均衡因子 · 加速比 · 效率
负载均衡度量评价指标
05
静态负载均衡策略
基于任务计算量预估的划分方法（如加权… · 最小负载优先） · 图划分方法（如METIS）在科学计算…
静态负载均衡策略基于任务计算量预…
06
动态负载均衡策略
工作窃取 · 任务队列调度 · 主从模式
动态负载均衡策略工作窃取
07
任务分块与负载均衡的通信代价建模
通信开销与分块粒度的权衡 · 带宽与延迟影响 · 通信避免算法简介
任务分块负载均衡的通信代…
08
面向共享内存系统的任务分块与负载均衡
OpenMP任务调度（static · dynamic · guided）
面向共享内存系统…负载均衡
09
面向分布式内存系统的任务分块与负载均衡
MPI进程映射 · 域分解与负载均衡 · 主从模式与对等模式实现
面向分布式内存系…负载均衡
10
GPU异构计算中的任务分块与负载均衡
CUDA/HIP线程块与网格划分 · 流式多处理器负载均衡 · 动态并行与任务队列
GPU异构计算
11
科学计算工作流中的任务分块与负载均衡
工作流DAG划分 · 任务聚类与调度 · 数据依赖感知的分块
科学计算工作流任务分块
12
实战
稠密矩阵乘法的分块与负载均衡 · 分块大小选择 · 负载均衡对性能的影响
稠密矩阵乘法的分…负载均衡
13
实战
稀疏矩阵向量乘（SpMV）的负载均衡 · ELL · HYB）对分块的影响
SpMV稀疏矩阵向量乘
14
实战
快速傅里叶变换（FFT）的并行分块与… · 转置通信优化 · 负载均衡在分布式FFT中的实现与评测
FFT快速傅里叶变换
15
实战
蒙特卡洛模拟的任务分块与负载均衡 · 随机数生成与负载均衡的交互 · 结果归约与容错处理
蒙特卡洛模拟的任…负载均衡
16
实战
粒子模拟（如分子动力学）的负载均衡 · 粒子迁移与动态负载均衡 · 邻居列表构建的负载均衡优化
粒子模拟如分子动力学
17
实战
自适应网格细化（AMR）的负载均衡 · 负载估计与重划分 · 动态负载均衡在AMR框架（如BoxL…
AMR自适应网格细化
18
实战
参数扫描与集合计算的任务分块与负载均… · 任务队列与动态调度 · 结果聚合与容错
参数扫描集合计算的任务分…
19
任务分块与负载均衡的容错与弹性
任务失败检测与重试 · 检查点与恢复 · 弹性资源伸缩下的动态重分块
任务分块负载均衡的容错
20
任务分块与负载均衡的性能剖析与调优
使用性能分析工具（如TAU · Vampir · Perf）识别负载不均衡热点
任务分块负载均衡的性能剖…
21
机器学习辅助的负载均衡
基于历史数据的任务执行时间预测 · 强化学习用于动态调度 · 负载均衡策略的自动调参
机器学习辅助的负…基于历史数据的任…
22
面向异构集群的任务分块与负载均衡
CPU-GPU混合节点 · 不同计算能力节点的任务划分 · 能耗感知的负载均衡
面向异构集群的任…负载均衡
23
任务分块与负载均衡在云环境中的实践
容器化任务分块 · Kubernetes批处理调度 · 弹性伸缩与负载均衡
任务分块负载均衡
24
任务分块与负载均衡的基准测试与实验方法
常用基准（如NAS并行基准 · Rodinia） · 实验设计
任务分块负载均衡的基准测…
25
实战项目一
分布式矩阵乘法的分块与负载均衡优化 · 分块设计 · 负载均衡策略选择到MPI实现与性能评…
实战项目一分布式矩阵乘法的…
26
实战项目二
粒子模拟的动态负载均衡实现 · 实现动态负载均衡 · 并与静态策略进行性能对比
实战项目二粒子模拟的动态负…
27
实战项目三
工作流参数扫描的负载均衡与容错 · 动态负载均衡与失败恢复
实战项目三工作流参数扫描的…
28
任务分块与负载均衡的前沿方向
通信避免算法 · 异步迭代中的负载均衡 · 量子计算模拟中的任务划分
任务分块负载均衡的前沿方…
29
课程综合研讨
分块与负载均衡策略的选择准则 · 不同应用场景的适配性分析 · 性能与可扩展性的权衡
课程综合研讨分块
30
课程总结与项目展示
核心知识点回顾 · 学生项目成果展示与互评 · 负载均衡最佳实践总结
课程总结项目展示