فلش‌کارت‌های آموزشی تسلط بر محاسبات با عملکرد بالا: از مبانی تا کاربردهای پیشرفته (بر اساس کتاب High Performance Computing جان لووسک)

🎓 دوره آموزشی جامع

📚 اطلاعات دوره

عنوان دوره: دوره تسلط بر محاسبات با عملکرد بالا: از مبانی تا کاربردهای پیشرفته (بر اساس کتاب High Performance Computing جان لووسک)

موضوع کلی: علوم کامپیوتر و مهندسی

موضوع میانی: محاسبات موازی و توزیع شده

📋 سرفصل‌های دوره

• 1. مبانی محاسبات با عملکرد بالا: معرفی و چشم‌انداز
• 2. تاریخچه و تکامل محاسبات با عملکرد بالا (HPC)
• 3. معماری‌های کامپیوتری: مروری بر سخت‌افزار HPC
• 4. سیستم‌های حافظه: سلسله مراتب حافظه و تاثیر آن بر عملکرد
• 5. مفاهیم اساسی موازی‌سازی: چرا و چگونه
• 6. معرفی مدل‌های برنامه‌نویسی موازی
• 7. موازی‌سازی در سطح دستورالعمل (ILP)
• 8. موازی‌سازی در سطح داده (DLP)
• 9. موازی‌سازی در سطح وظیفه (TLP)
• 10. قانون آmdahl و قانون Gustavson: محدودیت‌ها و فرصت‌های موازی‌سازی
• 11. معرفی سیستم‌های چند هسته‌ای و معماری NUMA
• 12. ساختارهای پردازشی گرافیکی (GPU) و کاربرد آن‌ها در HPC
• 13. معرفی معماری‌های مبتنی بر تراشه (Chip Multiprocessors - CMP)
• 14. آشنایی با شبکه‌های ارتباطی در HPC
• 15. مبانی طراحی شبکه: توپولوژی‌ها و پروتکل‌ها
• 16. شبکه‌های با تأخیر کم: InfiniBand و Omni-Path
• 17. ذخیره‌سازی با عملکرد بالا: معرفی و اهمیت آن
• 18. سیستم‌های فایل موازی: Lustre, GPFS, Ceph
• 19. مدیریت منابع در HPC: سیستم‌های زمان‌بندی (SLURM, PBS)
• 20. معرفی ابزارهای مانیتورینگ و پروفایلینگ
• 21. اصول اولیه بهینه‌سازی کد برای HPC
• 22. شناسایی گلوگاه‌های عملکرد
• 23. بهینه‌سازی حافظه و استفاده از حافظه پنهان
• 24. بهینه‌سازی محاسبات نقطه شناور
• 25. بهینه‌سازی ورودی/خروجی (I/O)
• 26. ابزارهای پروفایلینگ: Gprof, Perf, VTune
• 27. مبانی OpenMP: معرفی و کاربردها
• 28. ساختارها و دستورالعمل‌های OpenMP
• 29. بهینه‌سازی حلقه‌ها با OpenMP
• 30. مدیریت داده‌ها و همگام‌سازی در OpenMP
• 31. OpenMP و معماری‌های مختلف
• 32. معرفی MPI: مبانی و اصول
• 33. پیام‌رسانی نقطه به نقطه در MPI
• 34. پیام‌رسانی جمعی در MPI
• 35. بهینه‌سازی MPI: تکنیک‌ها و استراتژی‌ها
• 36. MPI و معماری‌های مختلف
• 37. آشنایی با کتابخانه‌های محاسباتی: BLAS, LAPACK, ScaLAPACK
• 38. استفاده از کتابخانه‌های ریاضی برای بهینه‌سازی
• 39. معرفی CUDA و برنامه‌نویسی GPU
• 40. معماری CUDA و مدل حافظه
• 41. هسته‌ها، شبکه‌ها و بلوک‌ها در CUDA
• 42. بهینه‌سازی کد CUDA: تکنیک‌ها و روش‌ها
• 43. CUDA و کتابخانه‌های CUDA (cuBLAS, cuFFT)
• 44. برنامه‌نویسی هیبریدی: ترکیب OpenMP و MPI
• 45. برنامه‌نویسی هیبریدی: ترکیب MPI و CUDA
• 46. مدیریت داده‌ها در برنامه‌نویسی هیبریدی
• 47. ابزارهای اشکال‌زدایی برای برنامه‌های موازی
• 48. روش‌های اعتبارسنجی و تست برنامه‌های HPC
• 49. معرفی الگوریتم‌های موازی: تقسیم و غلبه (Divide and Conquer)
• 50. الگوریتم‌های مرتب‌سازی موازی
• 51. الگوریتم‌های جستجوی موازی
• 52. بهینه‌سازی الگوریتم‌های موازی
• 53. شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی (MD) با HPC
• 54. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) با HPC
• 55. پردازش داده‌های بزرگ (Big Data) و HPC
• 56. یادگیری ماشینی با HPC
• 57. شبکه‌های عصبی عمیق (Deep Learning) و HPC
• 58. هوش مصنوعی و HPC
• 59. پردازش تصویر و ویدئو با HPC
• 60. بیوانفورماتیک و HPC
• 61. علوم مواد و HPC
• 62. اقتصاد محاسباتی و HPC
• 63. مدل‌سازی آب و هوا و اقیانوس‌ها با HPC
• 64. آشنایی با سیستم‌های HPC ابررایانه‌ای
• 65. آشنایی با معماری‌های نسل جدید HPC
• 66. سیستم‌های ناهمگن: CPU+GPU+FPGA
• 67. معرفی شتاب‌دهنده‌های سخت‌افزاری (FPGA)
• 68. برنامه‌نویسی FPGA برای HPC
• 69. امنیت در سیستم‌های HPC
• 70. محاسبات ابری و HPC
• 71. Virtualization در HPC
• 72. مدیریت داده‌ها در محیط‌های توزیع‌شده
• 73. معرفی Hadoop و Spark برای HPC
• 74. مبانی MapReduce و Spark
• 75. بهینه‌سازی عملکرد Hadoop و Spark
• 76. آشنایی با کتابخانه‌های موازی برای پردازش گراف (Graph Processing)
• 77. ساختارهای داده موازی
• 78. طراحی و پیاده‌سازی برنامه‌های HPC مقیاس‌پذیر
• 79. مقیاس‌پذیری و عملکرد در HPC
• 80. ارزیابی عملکرد برنامه‌های HPC
• 81. شناسایی و رفع گلوگاه‌های مقیاس‌پذیری
• 82. بهینه‌سازی انرژی در HPC
• 83. مدیریت خطا و تحمل‌پذیری خطا در HPC
• 84. آشنایی با تکنیک‌های تحمل‌پذیری خطا
• 85. استفاده از چک‌پوینتینگ
• 86. ابزارهای اشکال‌زدایی موازی پیشرفته
• 87. بهینه‌سازی I/O موازی پیشرفته
• 88. مدل‌های برنامه‌نویسی جدید برای HPC
• 89. آشنایی با زبان‌های جدید (Julia, Chapel)
• 90. استفاده از کتابخانه‌های موازی مدرن (Kokkos, RAJA)
• 91. معرفی فناوری‌های آینده در HPC
• 92. فناوری‌های Quantum Computing و HPC
• 93. آشنایی با HPC در فضای ابری (Cloud HPC)
• 94. استفاده از HPC برای تحلیل داده‌های علمی بزرگ
• 95. HPC و اینترنت اشیا (IoT)
• 96. توسعه نرم‌افزار HPC: بهترین شیوه‌ها و الگوها
• 97. پروژه‌های عملی و نمونه‌کارهای HPC
• 98. آینده محاسبات با عملکرد بالا
• 99. چالش‌ها و فرصت‌های HPC در قرن ۲۱