Detail předmětu

Architektura a programování paralelních systémů

ARC Ak. rok 2017/2018 letní semestr 5 kreditů

Aktuální akademický rok

Předmět pokrývá architekturu i programování paralelních systémů s funkčním 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.

Garant předmětu

Jaroš Jiří, doc. Ing., Ph.D. (UPSY)

Jazyk výuky

česky

Zakončení

zápočet+zkouška (písemná)

Rozsah

  • 39 hod. přednášky
  • 12 hod. pc laboratoře
  • 13 hod. projekty

Bodové hodnocení

  • 60 bodů závěrečná zkouška (písemná část)
  • 10 bodů půlsemestrální test (8 bodů písemná část, 2 bodů testová část)
  • 6 bodů laboratoře
  • 24 bodů projekty

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Získané dovednosti, znalosti a kompetence z 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. Praktické zkušenosti s prací na superpočítačích Anselm a Salomon.

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.

Cíle předmětu

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.

Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti

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

Literatura studijní

Literatura referenční

  • 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 


Osnova přednášek

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

Osnova počítačových cvičení

  1. Práce se superpočítačem Anselm a Salomon
  2. Paralelizace na systémech se sdílenou pamětí: smyčky, sekce
  3. Paralelizace na systémech se sdílenou pamětí: tasky, zámky
  4. Paralelizace na systémech s distribuovanou pamětí: párové komunikace
  5. Paralelizace na systémech s distribuovanou pamětí: Kolektivní komunikace
  6. Paralelní vstup výstup,  debuggery, profilery a tracery

Průběžná kontrola studia

Získání 20 ze 40 bodů za projekty a půlsemestrální písemku.

Kontrolovaná výuka

  • Zameškaná cvičení je možné nahradit v alternativní termín (pondělí nebo pátek)
  • V poslední týdnu semestru budou probíhat náhradní civčení

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru