Doktorské studium

Chtěli byste se po dokončení magisterského studia vydat na akademickou dráhu? U nás máte možnost se přihlásit ke studiu v doktorském studijním programu Výpočetní vědy, který je zaměřen na HPC. Je určen pro absolventy magisterského studia v oboru výpočetních věd, ale také příbuzných oborů: matematiky, informatiky, inženýrské mechaniky, fyziky nebo chemie.

V průběhu studia budete zapojeni do řešení národních i mezinárodních projektů, na kterých se IT4Innovations podílí. Při řešení projektů, výuce a realizaci své disertační práce budete mít k dispozici superpočítače centra IT4Innovations, ale i výpočetní prostředky dalších superpočítačových center zapojených společně s IT4Innovations do evropské HPC infrastruktury PRACE. Získáte tak rozsáhlé praktické zkušenosti s využíváním nejvýkonnějších superpočítačů v ČR i EU a s tvorbou efektivních aplikací pro ně.

NÁRODNÍ PROJEKTY

MEZINÁRODNÍ PROJEKTY

Studenti doktorského studia na VŠB-TUO, kteří jsou současně výzkumníky IT4Innovations, jsou velmi úspěšní v celostátních soutěžích. Tři z nich, Václav Hapla v roce 2014, Michal Merta v roce 2015, a Jan Zapletal v roce 2017 vyhráli prestižní Fourierovu cenu udělovanou Francouzským velvyslanectvím v ČR za výzkumnou práci v oboru počítačových věd a informatiky pro nejlepšího českého studenta doktorského studia

merta_01_small2

„Myslím si, že možnost využívat pro svou doktorskou práci superpočítače IT4Innovations měla podstatný vliv na to, že jsem Fourierovu cenu vyhrál. Anselm sice není v provozu příliš dlouho, ale i tak si dnes už svůj výzkum bez využití superpočítačových prostředků IT4Innovations stěží dokážu představit.“

Michal Merta

Student doktorského studia

Researcher na IT4Innovations

VYUČUJÍCÍ

ODBORNÉ PŘEDMĚTY



JAZYKY

  • Angličtina – Mgr. Andrea Wlochová, Ph.D.
  • Němčina – PhDr. Šárka Sladovníková, Ph.D.
  • Ruština – Mgr. Václav Kubečka
  • Francouzština – Mgr. Dagmar Klanicová
  • Španělština – Mgr. Ivana Vašková, MBA

TÉMATA DISERTAČNÍCH PRACÍ

Tomáš Kozubek

Akcelerace iteračního procesu v hybridní Total FETI metodě

Cílem práce je urychlení iteračního procesu úloh řešených hybridní variantou Total FETI.

  • Analýza, vývoj a implementace předpodmiňovačů (varianty Dirichletova předpodmiňovače) s vhodným škálováním.
  • Korekce ortogonální báze budované během iteračního procesu.
  • Analýza a implementace vhodné blokové Krylovovské metody za účelem redukování globální komunikace.

Vizualizace řešení rozsáhlých úloh v reálném čase

Hlavním tématem práce bude vývoj a implementace algoritmů pro vizualizace rozsáhlých dat v reálném čase. Data budou primárně generována paralelními řešiči vyvíjenými na IT4Innovations, které jsou schopny počítat úlohy o miliardách neznámých na stovkách výpočetních uzlů.

Řešiče řídkých soustav lineárních rovnic se smíšenou přesností

Hlavním tématem práce bude studium a vývoj algoritmů pro řešení řídkých soustav pomocí kombinací výpočtů s různou přesností reprezentace reálných čísel. Součástí bude implementace vyvinutých algoritmů pro nejnovější HPC architektury. Dále jejich napojení na knihovny řešičů vyvíjených na IT4Innovations.

Škálovatelné řešiče kontaktních úloh se třením

Práce se zaměřuje na implementaci škálovatelných algoritmů pro řešení (řešičů) rozsáhlých dynamických kontaktních úloh se třením. Po provedení diskretizace tyto úlohy vedou k úlohám kvadratického programování s konvexním omezením, jejichž vývoj založený na metodách doménové dekompozice má v rámci IT4I dlouholetou tradici. Týká se to zejména metody TFETI (Total Finite Element Tearing and Interconnecting) a její hybridní verze HTFETI. K řešení kontaktních úloh o miliardách neznámých bude zapotřebí vyvinout a implementovat optimalizaci výkonu pro budoucí superpočítače na úrovni exascale založených na pokročilých výpočetních a programovacích metodách a vícejádrových akcelerátorech. Tato práce je financována z projektu H2020-MSCA-ITN EXPERTISE.

Optimalizace a vysoce paralelní implementace řešičů založených na metodě rozložení oblasti pro simulace vodních turbín

Práce se zaměřuje na vývoj, implementaci a optimalizaci vysoce paralelních řešičů kontaktních úloh rozsáhlých simulací vodních turbín tak, aby tyto řešiče mohly plně využívat moderní HPC infrastruktury. Tento koncept je založen na kombinaci FETI metod rozložení oblasti vyvíjené týmem IT4I a účinných algoritmů, u nichž je uplatněna strategie aktivních množin (MPRG, SMALSE a semihladká Newtonova metoda) a jsou použity všechny tři metody paralelizace: MPI + OpenMP + vektorizace za účelem snížení komunikace a zároveň zachování účinnosti algoritmů při vzrůstající velikostí úlohy. Tyto řešiče budou využívány například při simulaci systému vyvažování hřídele vodních turbín, topologické a parametrové optimalizaci vybraných částí vodní turbíny nebo při výpočtu životnosti či mezních stavů u zatěžovaných částí vodních turbín. Tato práce je financována z projektu H2020-MSCA-ITN EXPERTISE.

Jiří Dvorský

Optimalizace vybraných logistických procesů

V rámci disertační práce se student bude zabývat řešením optimalizačních úloh v logistice se zaměřením na problémy vyžadující HPC pro své řešení. A to buď na úrovni akcelerátorů a jednoho uzlu, nebo na úrovni více uzlů. Cílem práce bude přehled state-of-the art algoritmů a následně návrh implementací algoritmů s využitím HPC technologie.

Zpracování a ukládání geoprostorových dat na HPC infrastruktuře

Zpracování rozsáhlých prostorových dat je aktuálním tématem v HPC. Například v oblasti zpracování Earth observation dat. V rámci disertační práce budou na základě state-of-the art navrženy a testovány metody pro zpracování a ukládání časoprostorových dat. Důraz bude kladen na efektivní využití HPC v geo-prostorových analýzách.

Marek Lampart

Metody detekce dynamických vlastností mechanických soustav

V inženýrských aplikacích se setkáváme s jevy, které jsou jak periodické, kvaziperiodické, tak iregulární, chaotické. Cílem práce je studium daných jevů na vhodných modelech pomocí standardních i nových analytických či simulačních metod.

Diskrétní dynamické systémy na mřížce

Studium diskrétních dynamických systémů vytvářených na prostoru typu mřížky mají velký aplikační potenciál, zejména v souvislosti s celulárními automaty. Cílem práce je studium dynamických systémů generovaných párovými zobrazeními na mřížce, které jsou motivovány klasickými i novými modely; studium bude podpořeno masivními simulacemi.

Kvantitativní charakteristika řešení diferenčních rovnic

Rozsáhlá teorie diferenčních rovnic se používá jako nástroj modelování napříč vědními disciplínami. Dané modely, resp. řešení odpovídajících diferenčních rovnic vykazují jak stabilní, tak nestabilní chování. Cílem práce je studium analytických a simulačních nástrojů kvantifikujících dynamické vlastnosti diferenčních rovnic.

René Kalus

Simulace metodou Monte Carlo v kvantověchemické přesnosti

Práce bude zaměřena na realizaci softwarových řešení propojení metod Monte Carlo pro termodynamické simulace s metodami kvantové chemie, jejich testování a aplikace v modelových výpočtech termodynamických vlastností vybraných sutano- a nanoskopických systémů. Bude řešeno ve spolupráci s Instituto de Física Fundamental –  Consejo Superior de Invetsigationes Científicas, Madrid, Španělsko.

Formování molekulových iontů v chladném plazmatu na bázi vzácných plynů

Implementace numerických modelů a jejich aplikace v dynamických simulacích elementárních srážkových procesů iontových klastrů vzácných plynů s atomy vzácných plynů s cílem detailního pochopení rekombinačních procesů a poskytnutí dat pro následné makroskopické modelování procesů v chladném  plazmatu na bázi vzácných plynů, optimalizaci generátorů plazmatu a jejich eventuálního použití v biomedicínské praxi. Bude řešeno ve spolupráci s Université Paul Sabatier, Toulouse, Francie.

Modelování transportních vlastností molekulových iontů helia ve vzduchu

Práce je zaměřena na modelování srážkových procesů iontů helia s molekulami dusíku (a kyslíku) s cílem poskytnout data pro následné makroskopické modelování a optimalizaci generátorů chladného plazmatu na bázi helia a jejich použití v plazmové medicíně. Práce bude řešena ve spolupráci s Univerzitou Paula Sabatiera v Toulouse, Francie.

Modelování transportních vlastností molekulových iontů argonu ve vzduchu

Práce je zaměřena na modelování srážkových procesů iontů argonu s molekulami dusíku (a kyslíku) s cílem poskytnout data pro následné makroskopické modelování a optimalizaci generátorů chladného plazmatu na bázi argonu a jejich použití v plazmové medicíně. Práce bude řešena ve spolupráci s Univerzitou Paula Sabatiera v Toulouse, Francie.

Vít Vondrák

Algoritmy numerické lineární algebry na nových paralelních architekturách

Problematika optimalizace základních algoritmů numerické lineární algebry se v posledních letech stala velice aktuální. Stále se zvyšující počet výpočetních klastrů umožňuje masivně paralelní implementaci těchto algoritmů. Řada těchto algoritmů navíc vykazuje vynikající paralelní škálovatelnost. Jednou ze zásadních změn v problematice zrychlování těchto výpočtů na paralelních počítačích je využití akcelerátorů známé jako MIC nebo GPU na jednotlivých uzlech klastrů. To však mnohdy předpokládá revizi stávajících algoritmů a optimalizaci výsledných kódů tak, aby byla zajištěna škálovatelnost původních algoritmů.

HPC modelování v environmentálních vědách

Využití numerické nástrojů pro modelování v hydrologii, geologii či nástroje pro modelování znečištění ovzduší jsou nezbytnou součástí environmentálních věd. Řešené modely však běžně překračují svou výpočetní náročností  možnosti standardních počítačů. Do těchto úloh navíc přirozeně vstupují neurčitosti ve vstupních parametrech, které vyžadují další nároky na výpočetní kapacity. Z tohoto důvodu je nutné na řešení těchto modelů nasadit výkonné výpočetní prostředky jako jsou výpočetní klastry. Ne vždy jsou však používané algoritmy schopny efektivně využít paralelního prostředí těchto výpočetních zdrojů. Proto je nutné tyto algoritmy přizpůsobit novému výpočetnímu prostředí, případně vyvinout zcela nové, které umožní efektivně řešit tyto náročné modely.

Paralelní řešení inverzních úloh

Při řešení reálných fyzikálních úloh se velmi často setkáváme s tzv. inverzními úlohami, jejichž cílem je identifikovat parametry a vstupní data řešeného problému. Jako příklad inverzních úloh je možné uvést identifikaci zdrojů znečištění vod či ovzduší, určení hydrologických parametrů při modelování povodní, nebo i úlohy tvarové, materiálové a topologické optimalizace v inženýrství. Všechny tyto úlohy však typicky vyžadují mnohokrát řešit původní úlohu s mírně pozměněnými parametry a vstupními daty. To má však za následek extrémně náročné požadavky na výpočetní prostředky, které je nutno efektivně využívat vhodnou paralelizací procesu řešení a efektivními metodami řešení.

OBOROVÁ RADA

EXTERNÍ ČLENOVÉ

  • prof. RNDr. Radim Blaheta, CSc., Ústav geoniky AV ČR Ostrava,
  • doc. Ing. Marek Brandner, Ph.D., Západočeská univerzita v Plzni,
  • prof. RNDr. Petr Čárský, DrSc., Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR,
  • prof. Ing. Jaroslav Kruis, Ph.D., České vysoké učení technické v Praze,
  • prof. RNDr. Ivo Nezbeda, DrSc., Ústav chemických procesů AV ČR a Univerzita JEP v Ústí nad Labem,
  • prof. RNDr. Jozef Noga, DrSc., Ústav anorganickej chémie SAV, Prírodovedecká fakulta Univerzity Komenského, Bratislava,
  • prof. Ing. Pavel Tvrdík, CSc., České vysoké učení technické v Praze

Využijte možnost studovat obor, který nemá v celé České republice obdoby. Naučíte se efektivně programovat a využívat výpočetní zdroje k řešení náročných úloh z praxe. Nabyté znalosti využijete, ať už budete mít k dispozici obyčejný laptop, výkonnou pracovní stanici, nebo rovnou superpočítač.