学際計算科学・工学人材育成プログラム（東京大学）：実施中の講義

2008年夏学期

講義名	講師（所属）	実施学科，専攻	概要
スパコンプログラミング（1）	片桐孝洋（情報基盤センター特任准教授）	工学部・工学系研究科（共通講義）	高性能計算を行うために必須な並列計算プログラミング技法の講義と実習を行う。並列プログラミングで多く用いられている，MPI（Message Passing Interface）の入門的な利用技術を習得する。処理対象は数値計算の基本演算とする。また，情報基盤センタのスーパコンピュータを用いて高性能計算を行う場合に必要となる技法（テクニック，ノウハウ等）についても習得を目指す。 ①並列計算機入門，②C言語およびFortran言語を用いた並列プログラム作成の基礎，③高性能プログラミング技法の基礎， ④基礎的な数値計算処理の並列プログラミング，⑤発展的話題（ソフトウエア自動チューニング）。
スパコンプログラミング研究ゼミ（全学自由研究ゼミナール）	片桐孝洋（情報基盤センター特任准教授）	教養学部	高性能計算を行うために必須な並列計算プログラミング技法の講義と実習を行う。並列プログラミングで多く用いられている，MPI（Message Passing Interface）の入門的な利用技術を習得する。処理対象は数値計算の基本演算とする。また，情報基盤センタのスーパコンピュータを用いて高性能計算を行う場合に必要となる技法（テクニック，ノウハウ等）についても習得を目指す。 ①並列計算機入門，②C言語およびFortran言語を用いた並列プログラム作成の基礎，③高性能プログラミング技法の基礎， ④基礎的な数値計算処理の並列プログラミング，⑤発展的話題（ソフトウエア自動チューニング）。本講義は、学部～大学院の講義を学習意欲がある学部生に教授することで、才能ある人材を早期から育成することを目的にする。
並列計算プログラミング・先端計算機演習（夏季集中講義）[WEB]	中島研吾（情報基盤センター特任教授）	理・地球惑星科学専攻，理学系研究科大学院教育高度化プログラム	大規模な数値シミュレーションに必須の技術である，並列計算プログラミング技法に関する講義，実習を実施する。「地球シミュレータ」に代表される，ベクトル計算機における最適化技術についても併せて講義，実習を実施する。計算機環境としては，PCクラスタ，Hitachi HA8000（情報基盤センター）等を使用する。並列計算プログラミングに必要な基本的な技術の習得，シンプルなアプリケーションに重点を置いた実習を行う。「並列計算」は非常に広い範囲をカバーする分野である。科学技術シミュレーション分野に並列計算技術を適用する場合に，「何を知るべきか？何を学ぶべきか？どこに必要な情報があるか？」についての指針を与えることが特に本講義・演習の目標である。

2008年冬学期

講義名	講師（所属）	実施学科，専攻	概要
コンピュータ科学特別講義Ⅰ「科学技術計算プログラミング（有限要素法）」[WEB]	中島研吾（情報基盤センター教授）	情報理工・コンピュータ科学専攻	偏微分方程式の数値解法として，様々な科学技術分野のシミュレーションに使用されている有限要素法について，背景となる基礎的な理論から，実用的なプログラムの作成法まで，連立一次方程式解法などの周辺技術も含めて講義を実施し，情報基盤センター教育用計算機システム（ECCS2008）を使用したプログラミングの実習を行います。題材としては一次元及び三次元弾性力学を扱います。また，講義の後半では初歩的な並列計算プログラミングの講義，実習をT2Kオープンスパコン（東大）を使用して実施する予定です。本講義・実習は，科学技術計算プログラミングに必須の項目である「SMASH（Science-Modeling-Algorithm-Software-Hardware）」を，できるだけ幅広くカバーし，広い視野を持った人材を育成することを目標とするものです。
スパコンプログラミング（1）	片桐孝洋（情報基盤センター特任准教授）	工学部・工学系研究科（共通講義）	高性能計算を行うために必須な並列計算プログラミング技法の講義と実習を行う。並列プログラミングで多く用いられている，MPI（Message Passing Interface）の入門的な利用技術を習得する。処理対象は数値計算の基本演算とする。また，情報基盤センタのスーパコンピュータを用いて高性能計算を行う場合に必要となる技法（テクニック，ノウハウ等）についても習得を目指す。 ①並列計算機入門，②C言語およびFortran言語を用いた並列プログラム作成の基礎，③高性能プログラミング技法の基礎， ④基礎的な数値計算処理の並列プログラミング，⑤発展的話題（ソフトウエア自動チューニング）。

2009年夏学期

講義名	講師（所属）	実施学科，専攻	概要
スパコンプログラミング（1）	片桐孝洋（情報基盤センター特任准教授）	工学部・工学系研究科（共通講義）	高性能計算を行うために必須な並列計算プログラミング技法の講義と実習を行う。並列プログラミングで多く用いられている，MPI（Message Passing Interface）の入門的な利用技術を習得する。処理対象は数値計算の基本演算とする。また，情報基盤センタのスーパコンピュータを用いて高性能計算を行う場合に必要となる技法（テクニック，ノウハウ等）についても習得を目指す。 ①並列計算機入門，②C言語およびFortran言語を用いた並列プログラム作成の基礎，③高性能プログラミング技法の基礎， ④基礎的な数値計算処理の並列プログラミング，⑤発展的話題（ソフトウエア自動チューニング）。
コンピュータ科学特別講義Ⅰ「科学技術計算プログラミング（有限要素法）」[WEB]	中島研吾（情報基盤センター教授）	情報理工・コンピュータ科学専攻	科学技術シミュレーションで広く使用されている有限要素法の基礎的な理論から実用的なプログラムの作成法まで，連立一次方程式解法等周辺技術も含めて講義を実施し，プログラミングの実習を行う。①有限要素法の基礎理論，②ガラーキン法による有限要素法の実装，③行列解法，前処理手法，④有限要素法プログラミング解説（一次元問題，三次元問題），⑤プログラミング実習（情報基盤センターECCS2008システムを使用）。
スパコンプログラミング研究ゼミ（全学自由研究ゼミナール）	片桐孝洋（情報基盤センター特任准教授）	教養学部	高性能計算を行うために必須な並列計算プログラミング技法の講義と実習を行う。並列プログラミングで多く用いられている，MPI（Message Passing Interface）の入門的な利用技術を習得する。処理対象は数値計算の基本演算とする。また，情報基盤センタのスーパコンピュータを用いて高性能計算を行う場合に必要となる技法（テクニック，ノウハウ等）についても習得を目指す。 ①並列計算機入門，②C言語およびFortran言語を用いた並列プログラム作成の基礎，③高性能プログラミング技法の基礎， ④基礎的な数値計算処理の並列プログラミング，⑤発展的話題（ソフトウエア自動チューニング）。本講義は、学部～大学院の講義を学習意欲がある学部生に教授することで、才能ある人材を早期から育成することを目的にする。
実践コンピュータシステムⅠ（夏季集中講義）	石川　裕（情報理工学系研究科，情報基盤センター教授）	情報理工・コンピュータ科学専攻	本講義では，並列コンピュータ上で先端的アプリケーションを設計・実装するために必要な基礎知識を学ぶ。 Ⅰにおいては，コンピュータの仕組みを理解するために，機械語によるプログラミングを行う。キャッシュ，ページングによる計算性能のインパクト，バッファオーバフローやメモリリークなどの問題点を学ぶ。コンピュータの性能評価の基本を学ぶ。 ①概要，データ表現，②機械語その1（ロード・ストア，演算，分岐），③機械語その2（サブルーチン，再帰），④パイプライン，メモリ階層，仮想メモリ，⑤オペレーティングシステム，⑥性能評価，⑦実験(PalyStation 3を使用)。情報科学科学生の卒業単位および情報科学科卒業生の大学院卒業単位としては認めない。
実践コンピュータシステムⅡ（夏季集中講義）	石川　裕（情報理工学系研究科，情報基盤センター教授）	情報理工・コンピュータ科学専攻	本講義では，並列コンピュータ上で先端的アプリケーションを設計・実装するために必要な基礎知識を学ぶ。 Ⅱにおいては，ベクトル並列コンピュータ，共有メモリ型並列コンピュータ，分散メモリ型並列コンピュータの仕組みを学ぶ。演算性能，メモリ性能，通信性能が及ぼすアプリケーション性能の影響を学ぶ。 ①並列コンピュータアーキテクチャその1（スカラ，ベクトル），②並列コンピュータアーキテクチャその2（共有メモリ，分散メモリ，相互結合網），③プロセス，スレッド，同期，④通信モデル，通信ライブラリの仕組み，⑤並列プログラミング言語（OpenMP, UPC, …），⑦性能評価，⑧実験(T2Kオープンスパコンを使用）。Ⅱを履修するものは，Ⅰを履修していなければならない。情報科学科学生の卒業単位および情報科学科卒業生の大学院卒業単位としては認めない。
並列計算プログラミング・先端計算機演習（夏季集中講義）[WEB]	中島研吾（情報基盤センター教授）	理・地球惑星科学専攻，理学系研究科大学院教育高度化プログラム	大規模な数値シミュレーションに必須の技術である，並列計算プログラミング技法に関する講義，実習を実施する。「地球シミュレータ」に代表される，ベクトル計算機における最適化技術についても併せて講義，実習を実施する。計算機環境としては，PCクラスタ，Hitachi HA8000（情報基盤センター）等を使用する。並列計算プログラミングに必要な基本的な技術の習得，シンプルなアプリケーションに重点を置いた実習を行う。「並列計算」は非常に広い範囲をカバーする分野である。科学技術シミュレーション分野に並列計算技術を適用する場合に，「何を知るべきか？何を学ぶべきか？どこに必要な情報があるか？」についての指針を与えることが特に本講義・演習の目標である。本講義の受講者は「実践コンピュータシステムI」を履修していることが望ましい。

2009年冬学期

講義名	講師（所属）	実施学科，専攻	概要
スパコンプログラミング（1）	片桐孝洋（情報基盤センター特任准教授）	工学部・工学系研究科（共通講義）	高性能計算を行うために必須な並列計算プログラミング技法の講義と実習を行う。並列プログラミングで多く用いられている，MPI（Message Passing Interface）の入門的な利用技術を習得する。処理対象は数値計算の基本演算とする。また，情報基盤センタのスーパコンピュータを用いて高性能計算を行う場合に必要となる技法（テクニック，ノウハウ等）についても習得を目指す。 ①並列計算機入門，②C言語およびFortran言語を用いた並列プログラム作成の基礎，③高性能プログラミング技法の基礎， ④基礎的な数値計算処理の並列プログラミング，⑤発展的話題（ソフトウエア自動チューニング）。
コンピュータ科学特別講義Ⅱ「科学技術計算プログラミング（並列有限要素法）」[WEB]	中島研吾（情報基盤センター教授）	情報理工・コンピュータ科学専攻	並列有限要素法のためのデータ構造，並列プログラムの作成法，「HPC-MW」等の大規模並列シミュレーションコード開発基盤についても講義し， T2Kオープンスパコンによるプログラミング実習を実施する。大規模並列シミュレーションにおいては，科学・工学と計算機科学の専門家の密接な協力が必要である。本講義は，単に並列アプリケーション開発技術を習得するだけでなく，特にコンピュータ科学専攻の学生がアプリーケーション側のニーズを把握し，両分野の融合領域を開拓する問題意識を育てることを目的としている。①並列計算プログラミング入門，②並列有限要素法のデータ構造並列有限要素法プログラムの開発，③大規模並列シミュレーションコード開発基盤，④プログラミング実習（T2Kオープンスパコンを使用）。本講義の受講者は「コンピュータ科学特別講義I」を履修していなければならない。また情報科学科以外の卒業者は「実践コンピュータシステムI, II」を履修していることが望ましい。

2010年夏学期

講義名	講師（所属）	実施学科，専攻	概要
スパコンプログラミング（1）	片桐孝洋（情報基盤センター特任准教授）	工学部・工学系研究科（共通講義）	高性能計算を行うために必須な並列計算プログラミング技法の講義と実習を行う。並列プログラミングで多く用いられている，MPI（Message Passing Interface）の入門的な利用技術を習得する。処理対象は数値計算の基本演算とする。また，情報基盤センタのスーパコンピュータを用いて高性能計算を行う場合に必要となる技法（テクニック，ノウハウ等）についても習得を目指す。 ①並列計算機入門，②C言語およびFortran言語を用いた並列プログラム作成の基礎，③高性能プログラミング技法の基礎， ④基礎的な数値計算処理の並列プログラミング，⑤発展的話題（ソフトウエア自動チューニング）。
科学技術計算Ⅰ／コンピュータ科学特別講義Ⅰ「科学技術計算プログラミング（有限要素法）」[WEB]	中島研吾（情報基盤センター教授）	情報理工・数理情報学専攻／コンピュータ科学専攻	科学技術シミュレーションで広く使用されている有限要素法の基礎的な理論から実用的なプログラムの作成法まで，連立一次方程式解法等周辺技術も含めて講義を実施し，プログラミングの実習を行う。①有限要素法の基礎理論，②ガラーキン法による有限要素法の実装，③行列解法，前処理手法，④有限要素法プログラミング解説（一次元問題，三次元問題），⑤プログラミング実習（情報基盤センターECCS2008システムを使用）。
スパコンプログラミング研究ゼミ（全学自由研究ゼミナール）	片桐孝洋（情報基盤センター特任准教授）	教養学部	高性能計算を行うために必須な並列計算プログラミング技法の講義と実習を行う。並列プログラミングで多く用いられている，MPI（Message Passing Interface）の入門的な利用技術を習得する。処理対象は数値計算の基本演算とする。また，情報基盤センタのスーパコンピュータを用いて高性能計算を行う場合に必要となる技法（テクニック，ノウハウ等）についても習得を目指す。 ①並列計算機入門，②C言語およびFortran言語を用いた並列プログラム作成の基礎，③高性能プログラミング技法の基礎， ④基礎的な数値計算処理の並列プログラミング，⑤発展的話題（ソフトウエア自動チューニング）。本講義は、学部～大学院の講義を学習意欲がある学部生に教授することで、才能ある人材を早期から育成することを目的にする。
実践コンピュータシステムⅠ（夏季集中講義）	石川　裕（情報理工学系研究科，情報基盤センター教授）	情報理工・コンピュータ科学専攻	本講義では，並列コンピュータ上で先端的アプリケーションを設計・実装するために必要な基礎知識を学ぶ。 Ⅰにおいては，コンピュータの仕組みを理解するために，機械語によるプログラミングを行う。キャッシュ，ページングによる計算性能のインパクト，バッファオーバフローやメモリリークなどの問題点を学ぶ。コンピュータの性能評価の基本を学ぶ。 ①概要，データ表現，②機械語その1（ロード・ストア，演算，分岐），③機械語その2（サブルーチン，再帰），④パイプライン，メモリ階層，仮想メモリ，⑤オペレーティングシステム，⑥性能評価，⑦実験(PalyStation 3を使用)。情報科学科学生の卒業単位および情報科学科卒業生の大学院卒業単位としては認めない。
実践コンピュータシステムⅡ（夏季集中講義）	石川　裕（情報理工学系研究科，情報基盤センター教授）	情報理工・コンピュータ科学専攻	本講義では，並列コンピュータ上で先端的アプリケーションを設計・実装するために必要な基礎知識を学ぶ。 Ⅱにおいては，ベクトル並列コンピュータ，共有メモリ型並列コンピュータ，分散メモリ型並列コンピュータの仕組みを学ぶ。演算性能，メモリ性能，通信性能が及ぼすアプリケーション性能の影響を学ぶ。 ①並列コンピュータアーキテクチャその1（スカラ，ベクトル），②並列コンピュータアーキテクチャその2（共有メモリ，分散メモリ，相互結合網），③プロセス，スレッド，同期，④通信モデル，通信ライブラリの仕組み，⑤並列プログラミング言語（OpenMP, UPC, …），⑦性能評価，⑧実験(T2Kオープンスパコンを使用）。Ⅱを履修するものは，Ⅰを履修していなければならない。情報科学科学生の卒業単位および情報科学科卒業生の大学院卒業単位としては認めない。
並列計算プログラミング・先端計算機演習（夏季集中講義）[WEB]	中島研吾（情報基盤センター教授）	理・地球惑星科学専攻，理学系研究科大学院教育高度化プログラム	大規模な数値シミュレーションに必須の技術である，並列計算プログラミング技法に関する講義，実習を実施する。「地球シミュレータ」に代表される，ベクトル計算機における最適化技術についても併せて講義，実習を実施する。計算機環境としては，PCクラスタ，Hitachi HA8000（情報基盤センター）等を使用する。並列計算プログラミングに必要な基本的な技術の習得，シンプルなアプリケーションに重点を置いた実習を行う。「並列計算」は非常に広い範囲をカバーする分野である。科学技術シミュレーション分野に並列計算技術を適用する場合に，「何を知るべきか？何を学ぶべきか？どこに必要な情報があるか？」についての指針を与えることが特に本講義・演習の目標である。本講義の受講者は「実践コンピュータシステムI」を履修していることが望ましい。

2010年冬学期

講義名	講師（所属）	実施学科，専攻	概要
スパコンプログラミング（1）	片桐孝洋（情報基盤センター特任准教授）	工学部・工学系研究科（共通講義）	高性能計算を行うために必須な並列計算プログラミング技法の講義と実習を行う。並列プログラミングで多く用いられている，MPI（Message Passing Interface）の入門的な利用技術を習得する。処理対象は数値計算の基本演算とする。また，情報基盤センタのスーパコンピュータを用いて高性能計算を行う場合に必要となる技法（テクニック，ノウハウ等）についても習得を目指す。 ①並列計算機入門，②C言語およびFortran言語を用いた並列プログラム作成の基礎，③高性能プログラミング技法の基礎， ④基礎的な数値計算処理の並列プログラミング，⑤発展的話題（ソフトウエア自動チューニング）。
科学技術計算Ⅱ／コンピュータ科学特別講義Ⅱ「科学技術計算プログラミング（並列有限要素法）」[WEB]	中島研吾（情報基盤センター教授）	情報理工・数理情報学専攻／コンピュータ科学専攻	並列有限要素法のためのデータ構造，並列プログラムの作成法，「HPC-MW」等の大規模並列シミュレーションコード開発基盤についても講義し， T2Kオープンスパコンによるプログラミング実習を実施する。大規模並列シミュレーションにおいては，科学・工学と計算機科学の専門家の密接な協力が必要である。本講義は，単に並列アプリケーション開発技術を習得するだけでなく，特にコンピュータ科学専攻の学生がアプリーケーション側のニーズを把握し，両分野の融合領域を開拓する問題意識を育てることを目的としている。①並列計算プログラミング入門，②並列有限要素法のデータ構造並列有限要素法プログラムの開発，③大規模並列シミュレーションコード開発基盤，④プログラミング実習（T2Kオープンスパコンを使用）。本講義の受講者は「科学技術計算Ⅰ」または「コンピュータ科学特別講義I」を履修していなければならない。
高性能生物情報処理特論[WEB]	中谷明弘（新領域創成科学研究科・准教授）	新領域・情報生命科学専攻	表現型に関連する遺伝子座の組み合わせ効果（エピスタシス）を解析するための組み合わせ最適化手法について扱う。生物学的な背景や意義から、数理的な枠組みでの定式化、最適化アルゴリズムの設計、網羅的な探索による実用的なプログラムの作成法まで、実際の観測データへの適用を含めて講義を実施し、並列化も含めたプログラミングの実習も行う。「連続系アルゴリズム」と対になる「非連続系アルゴリズム」の一つの例題として、生物学的な問題を題材にした離散的な探索問題を扱う。対象とする問題は、表現型と遺伝子型の間の因果関係に注目した関連解析（アソシエーション・スタディー）に帰着でき、計算機科学と統計遺伝学の境界領域に相当する内容であるが、エピスタシス解析用途のプログラミングまではいずれの分野でもカバーされていない。また、解析手法が必ずしも確立し切っているとは言えず、組み合わせ最適化に関連して、分枝限定法やA*アルゴリズムといった既存の手法を学びながらも、実データの特質の考慮や大規模な計算機資源の活用など、自ら工夫して取り組む必要がある。