Výzkumná skupina Superpočítačových technologií SC@FIT

Hardwarová témata

• Architektura paralelních systémů
• Modelování výkonnosti a škálování paralelních systémů
• Systémy založené na GPU a dalších akcelerátorech
• Nízkopříkonové systém, optimalizace výkonu a spotřeby

Softwarová témata

• Dekompozice spektrálních metod
• Automatické vyvažování zátěže na heterogenních systémech
• Párování fyzikálních modelů
• Asynchronní vstup/výstup
• Systémy pro řízení a monitoring superpočítačů
• Moderní programovací jazyky v HPC (Python, OpenACC, Thrust)

Aplikace

• Simulace šíření ultrazvuku v lidském těle
• Akcelerace fotoakustického snímkování
• Návrh ultrazvukových senzorů
• Vědecké aplikace určené pro vysoký výkon

V současné době se skupina věnuje především projektu PAMMOTH, jehož cílem je fotoakustické snímkování prsou. V rámci tohoto projektu se zabýváme sběrem dat, on-the-fly vyhodnocením kvality nasnímaných dat a jejich následným zpracování na superpočítači. K tomuto účelu využíváme masivně paralelní implementaci toolboxu k-Wave založenou na lokální dekompozici spektrálních metod. O plnou automatizaci a monitorování výpočtu se stará náš vlastní systém k-Dispatch. 

Výzkumná skupina se rovněž věnuje aplikaci fokusovaného ultrazvuku pro neurostimulaci a neurochirurgii. Pro tyto účely vyvíjíme akcelerovaný simulátor šíření ultrazvuku v elastických materiálech (kostech) a tvoříme novou numerickou metodu pro řešení problémů se skokovými nespojitostmi (rozhraní kost-sval, atd).

• Cena profesora Hlavičky za vynikající příspěvek na doktorandské konferenci PAD 2019 - Filip Vaverka.
• Excellent Poster Presentation Award - Signal Frequency Content and Appearance of Tumors in Photoacoustic Breast Tomography: A Simulation by Maura Dantuma, Felix Lucka, Bradley Treeby, Jiri Jaros, Ben Cox, and Srirang Manohar -  Ultrasonics 2018, Caparica, Portugal. 
• Research Poster Award - GPU-accelerated Simulation of Elastic Wave Propagation by Kristian Kadlubiak, Jiri Jaros, and Bradley Treeby - HPC applications,  ISC 2018, Frankfurt, Germany.
• PRACE HPC Ambassador Award, Marta Čudová, Summer Of HPC, 2016
• Best paper award, BREITENBACHER Dominik, HOMOLIAK Ivan, JAROŠ Jiří and HANÁČEK Petr. Impact of Optimization and Parallelism on Factorization Speed of SIQS. In: Proceedings of The 20th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics. Orlando: The International Institute of Informatics and Systemics, 2016, pp. 55-62. ISBN 978-1-941763-41-4.

Autorizovaný software

• k-Wave toolbox - autorizovaný SW (20 000+ registrovaných uživatelů)

Publikace

• Modeling nonlinear ultrasound propagation in heterogeneous media with power law absorption using a k-space pseudospectral method - článek v časopise JASA (110 citací)
• Parallel Genetic Algorithm on the CUDA Architecture - článek na konferenci EvoStar (50 citací)
• Parallel Genetic Algorithm Solving 0/1 Knapsack Problem Running on the GPU - článek na konferenci Mendel (15 citací

Konference

• Supercomputing - každoroční účast na nejlepší konferenci v oboru, poster 2017, poster 2018
• ISC HPC - každoroční účast na nejlepší evropské konferenci v oboru, poster 2018

PRACE Summer of HPC

• Martin Stodůlka, ULux-University of Luxembourg, Lux, 2021
• Filip Kukliš, SURFsara, Amsterdam, NL, 2018
• Petr Stehlík , CINECA, Bologna, It, 2017
• Marta Čudová , EPCC, Edinburgh, UK, 2016
• Ondřej Vysocký , EPCC, Edinburgh, UK, 2015
• Vojtech Nikl, CINECA, Bologna, It, 2014

Superpočítačové alokace

• IT4Innovation, CZ, 17 milionů jádro hodin
• National Computing Infrastructure, AU, 1 milion jádro hodin
• PRACE, EU, 1 milion jádro hodin
• Swiss National Supercomputing Centre, CH, 24 tisíc jádro hodin

Nabídka spolupráce

Výzkumná skupina SC@FIT nabízí spolupráci při řešení úloh vyžadující vysoký výkon, velké množství operační paměti, či zpracování velkých dat. Máme zkušenosti s paralelizací a optimalizací výpočetních kódu pro systémy se sdílenou pamětí (high-end servery), distribuované systémy (clustery) i hybridní systémy složené z procesorů a grafických karet Nvidia.

Výzkumná skupina dále nabízí možnost využití toolboxu k-Wave pro simulaci šíření ultrazvukových vln v medicínských i průmyslových aplikacích.

Současná spolupráce

• Biomedical Ultrasound Group, University College London, UK - spolupráce při vývoji toolboxu k-Wave pro modelování šíření ultrazvuku v lidském těle
• Institute of Biomedical Engineering, Ludwig Cancer Research, University of Oxford, UK - Plánování ultrazvukových operací ledvin
• Turku High-Intensity Focused Ultrasound (HIFU) Research Centre, Turku, Finsko - plánování ultrazvukových operací prostaty
• IT4Innovations národní superpočítačové centrum, VŠB - Technická univerzita Ostrava, CZ - Výzkum a vývoj na superpočítačích Anselm a Salomon, spolupráce na projektu READEX
• The University of Twente, Twente, NL - akcelerace fotoakustického snímkování prsou (Projekt PAMMTOH)
• University of Bern, Bern, CH - akcelerace fotoakustického snímkování prsou (Projekt PAMMTOH)
• Medisch Spectrum Twente, Twente, NL - akcelerace fotoakustického snímkování prsou (Projekt PAMMTOH)
• Imasonic SAS, Voray sur l'Ognon, FR - akcelerace fotoakustického snímkování prsou (Projekt PAMMTOH)
• EKSPLA, Vilnius, Lt - akcelerace fotoakustického snímkování prsou (Projekt PAMMTOH)
• Continental, Ostrava - výzkum v oblasti ultrazvukových senzorů
• Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, CZ - Simulace lomových zkoušek kvazikřehkých materiálů

Aktuálně řešené BP a DP práce

• BP Moderní knihovny pro programování grafických karet
• BP Ultrazvuková simulace v pythonu
• DP Simulace šíření tepla v mozku s využitím vysokoúrovňových GPGPU technik
• Odhad doby běhu algoritmu pomocí strojového učení
• Akcelerace ultrazvukové neurostimulace pomocí řídké Fourierovy transformace
• Akcelerace neurostimulace pomocí metod umělé inteligence

Nabídka prací pro rok 2022/2023

• BP Simulátor superpočítačového plánovače úloh
• BP Využití standardu C++20 pro implementaci ultrazvukových simulací
• DP Grafický simulátor superskalárních procesorů
• DP Implementace knihovny pro ukládání dat z ultrazvukových simulací
• DP Akcelerace ultrazvukvé neurostmulace pomocí mixed-precision aritmetiky
• DP Adaptivní plánování běhu úloh na superpočítači
• DP Python front-end pro ultrazvukový simulátor k-Wave
• DP Distribuovaná simulace šíření světla na GPU pomocí MPI
• DP Dynamické vyvažování zátěže v aplikacích na superpočítači Karolina
• DP Evoluční návrh ultrazvukových operačních plánů
• DP Použití OpenMP pro GPU.
• DP Akcelerace fotoakustického snímkování
• DP Akcelerace ultrazvukové neurostimulace pomocí multi-GPU systémů

Vlastní zadání z oblasti vysoce náročného počítání, akcelerace, superpočítačů, GPU, atd.

• k-Wave toolbox
• PAMMOTH

Vysoké učení technické v Brně
Fakulta informačních technologií
Ústav počítačových systémů
Božetěchova 2, Místnost L334
612 66  Brno, Czech Republic

Tel.: +420 54114-1207
E-mail: jarosjir@fit.vutbr.cz

Vysoké učení technické v Brně
Fakulta informačních technologií
Ústav počítačových systémů
Božetěchova 2
612 66  Brno, Czech Republic

Tel.: +420 54114-1207
E-mail: jarosjir@fit.vutbr.cz