Detail předmětu

Architektura a programování paralelních systémů

FIT-ARCAk. rok: 2013/2014

Předmět pokrývá architekturu i programování paralelních systémů s fukčním a datovým paralelismem. Nejdříve je pojednáno o teorii paralelních systémů a paralelizaci programů. Následuje výklad programování systémů se sdílenou pamětí v prostředí OpenMP a popis nejrozšířenějších mnoho-jádrových multiprocesorů SMP i pokročilých systémů DSM NUMA.  Pokračuje výklad programování pro systémy se zasíláním zpráv ve standardizovaném rozhraní  MPI. Propojovací sítě jsou probrány samostatně a po té jejich uplatnění ve svazcích, mnoho-jádrových čipech i v nejvýkonnějších systémech. Závěrem je pojednáno o akcelerátorech SIMD a o GPGPU.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Václav Dvořák, DrSc.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

Přehled principů výstavby paralelních systémů a propojovacích sítí, schopnost odhadnout výkonnost paralelních aplikací. Přehled o možnostech paralelizace základních technických úloh, znalost paralelního programování v MPI a v OpenMP. Použití akcelerátorů SIMD a GPGPU.

Znalost možností a omezení paralelního zpracování, schopnost odhadnout výkonnost paralelních aplikací. Jazyková výbava pro komunikaci a synchronizaci procesů/vláken. Kompetence v technických a programových prostředcích pro náročné vědecké výpočty a simulace.

Prerekvizity

Von Neumannova architektura počítače, paměťová hierarchie, paměti cache a jejich organizace, programování v JSI a v C/C++.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Výuka předmětu je realizována formou: Přednáška - 3 vyučovací hodiny týdně, Projekty - 1 vyučovací hodina týdně.

Způsob a kritéria hodnocení

Pro udělení zápočtu a připuštění ke zkoušce je třeba během semestru získat 20 bodů ze 40 možných.

Osnovy výuky

Osnova přednášek:
  1. Úvod do paralelního zpracování
  2. Vzory pro paralelní programování
  3. Programování se sdílenou pamětí - úvod do OpenMP
  4. Synchronizace a povědomí o výkonnosti v OpenMP
  5. Sdílená paměť a koherence pamětí cache
  6. Komponenty symetrických multiprocesorů
  7. Architektury CC-NUMA DSM
  8. Rozhraní zasílání zpráv MPI
  9. Kolektivní komunikace
  10. Propojovací sítě: topologie a směrovací algoritmy
  11. Propojovací sítě: přepínání, řízení toku, zpracování zpráv a výkonnost
  12. Architektury se zasíláním zpráv
  13. Datově paralelní architektury a programování

Osnova numerických cvičení:
Numerická cvičení u předmětu nejsou plánována.
Osnova ostatní - projekty, práce:
  • Predikce výkonnosti zadané paralelní aplikace na svazku počítačů. 
  • Vývoj aplikace na SMP v OpenMP.
  • Paralelní program v MPI na svazku blades.

Učební cíle

Orientovat se v nabídce paralelních systémů, umět posoudit komunikační a výpočetní možnosti konkrétní architektury a predikovat výkonnost paralelních aplikaci. Seznámit se s nejdůležitějšími prostředky paralelního programování (MPI, OpenMP), naučit se je prakticky používat a řešit problémy paralelně.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Tři malé projekty v rozsahu 5, 4 a 4 hodin ; půlsemestrální písemka.

Základní literatura

  • Hennessy, J.L., Patterson, D.A.: Computer Architecture - A Quantitative Approach. 5. vydání, Morgan Kaufman Publishers, Inc., 2012, 912 s., ISBN: 9780123747501 
  • Pacecho, P.: Introduction to Parallel Programming. Morgan Kaufman Publishers, 2011, 392 s., ISBN: 9780123742605 


Doporučená literatura


Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBS , libovolný ročník, letní semestr, volitelný
    obor MBI , libovolný ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor MIS , libovolný ročník, letní semestr, volitelný
    obor MIN , libovolný ročník, letní semestr, volitelný
    obor MMI , libovolný ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor MMM , libovolný ročník, letní semestr, volitelný
    obor MGM , libovolný ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor MPV , 1. ročník, letní semestr, povinný
    obor MSK , 1. ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Václav Dvořák, DrSc.

Osnova

1. Úvod do paralelního zpracování
2. Vzory pro paralelní programování
3. Programování se sdílenou pamětí - úvod do OpenMP
4. Synchronizace a povědomí o výkonnosti v OpenMP
5. Sdílená paměť a koherence pamětí cache
6. Komponenty symetrických multiprocesorů
7. Architektury CC-NUMA DSM
8. Rozhraní zasílání zpráv MPI
9. Kolektivní komunikace
10. Propojovací sítě: topologie a směrovací algoritmy
11. Propojovací sítě: přepínání, řízení toku, zpracování zpráv a výkonnost
12. Architektury s distribuovanou pamětí
13. Datově paralelní architektury a programování

Projekt

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Václav Dvořák, DrSc.