Paralelní architektury počítačů

Přednášející:

Ivan Šimeček (gar.)

Cvičící:

Ivan Šimeček (gar.)

Předmět zajišťuje:

katedra počítačových systémů

Anotace:

Studenti v předmětu získají přehled o současných paralelních architekturách a procesorech: paralelní mikroarchitektury, vícevláknové a vícejádrové procesory, grafické akcelerátory a digitální signálové procesory. Studenti rovněž získají praktické dovednosti při programování těchto systémů.

Požadavky:

Programování v jazyce C/C++, základní paralelní algoritmy (paralelní redukce, paralelní prefixový součet), základy architektur počítačů, principy proudového zpracování.

Osnova přednášek:

1. Úvod do předmětu, opakování pojmů z architektur procesorů

2. Architektury SIMD, jejich programování, řešení datových závislostí, pokrytí latence instrukcí.

3. VLIW architektury, jejich programování, spekulativní řešení datových závislostí, řešení výjimek.

4. Homogenní vícejádrové procesory, architektura, řešení datových závislostí, programátorská prostředí a překladače pro vícejádrové procesory.

5. Grafické akcelerátory, architektura, možnosti programování

6. Programátorská prostředí a překladače pro grafické akcelerátory I.

7. Programátorská prostředí a překladače pro grafické akcelerátory II.

8. Programátorská prostředí a překladače pro grafické akcelerátory III.

9.Homogenní mnohojádrové procesory, architektura, programátorská prostředí a překladače pro vícejádrové procesory.

10. Heterogenní vícejádrové procesory, sdílená a lokální paměť, datové přenosy.

11. Digitálni signálové procesory, DSP VLIW architektury..

12. Speciální paralelní výpočetní architektury: virtuální počítače, systémy na čipu (SoC, NoC), přepínací sítě, synchronní a asynchronní propojování modulů, neuronové sítě.

13. Závěrečná přednáška, shrnutí, opakování

Osnova cvičení:

1. Úvod do předmětu, zadání projektů

2. Úvod do vývojových prostředí, technologie OpenMP

3. Konzultace k projektu, prezentace projektů I

4. Konzultace k projektu

5. Prezentace projektů II

6. Prezentace projektů III, zápočet

Cíle studia:

Význam paralelního programování v současnosti rapidně roste v důsledku toho, že Moorův zákon se přesunul do paralelizace procesorů. multiprocesorové systémy se stávají běžnou komoditou a s těmito systémy se tak setkává běžně i koncový uživatel PC. To se stává výzvou pro vývojáře programů, neboť běžné aplikace bude třeba maximálně paralelizovat. Cílem předmětu je poskytnout přehled paralelních architektur vyskytujících se v PC včetně grafických akcelerátorů. Cílem je také naučit studenty nástroje a metody pro programování takových systémů.

Studijní materiály:

1. Šimeček, I. - Sloup, J.: Programování grafických akcelerátorů. Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2013.

2. Šimeček, I.: Moderní počítačové architektury a optimalizace implementace algoritmů. Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2015.

3. Keckler, S. W., Olukotun, K., Hofstee, H. P. ''Multicore Processors and Systems''. Springer, 2009. ISBN 1441902627.

4. El-Rewini, H., Abd-El-Barr, M. ''Advanced Computer Architecture and Parallel Processing''. Wiley-Interscience, 2005. ISBN 0471467405.

5. De Micheli, G., Benini, L. ''Networks on Chips: Technology and Tools''. Morgan Kaufmann, 2006. ISBN 0123705215.

6. Jerraya, A., Wolf, W. ''Multiprocessor Systems-on-Chips''. Morgan Kaufmann, 2004. ISBN 012385251X.

Poznámka:

Informace o předmětu a výukové materiály naleznete na https://courses.fit.cvut.cz/MI-PAP/

Další informace:

https://courses.fit.cvut.cz/MI-PAP/

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Znalostní inženýrství, verze 2016 a 2017 (volitelný předmět)
• Počítačová bezpečnost, verze 2016 až 2019 (volitelný předmět)
• Počítačové systémy a sítě, verze 2016 až 2019 (povinný předmět oboru)
• Návrh a programování vestavných systémů, verze 2016 až 2019 (volitelný předmět)
• Zaměření Informační systémy a management, verze 2016 až 2019 (volitelný předmět)
• Zaměření Softwarové inženýrství, verze 2016 až 2019 (volitelný předmět)
• Zaměření Webové inženýrství, verze 2016 až 2019 (volitelný předmět)
• Společný magisterský plán před přiřazením do oboru, verze 2016 až 2019 (VO)
• Zaměření Systémové programování, verze 2016 až 2019 (volitelný předmět)
• Zaměření Teoretická informatika, verze 2016-2017 (volitelný předmět)
• Specializace Teoretická informatika, verze 2018 až 2019 (VO)
• Znalostní inženýrství, verze 2018 to 2019 (volitelný předmět)