Detail předmětu
Aplikace paralelních počítačů
PDD Ak. rok 2013/2014 zimní semestr
Předmět podává přehled existujících použitelných paralelních platforem a modelů programování, zejména programování se sdílenou pamětí (OpenMP), zasíláním zpráv (MPI) a datově-paralelní programování (CUDA, OpenCL). Metodika paralelizace programů je doplněna studiem výkonnosti a aplikována na určitý konkrétní problém. Důraz je na praktických aspektech a implementaci.
Garant předmětu
Jazyk výuky
Zakončení
Rozsah
- 39 hod. přednášky
Zajišťuje ústav
Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu
Naučit se paralelizovat různé třídy úloh a predikovat jejich výkonnost. Umět využívat paralelismu a komunikace na úrovni vláken a procesů. Seznámit se s moderními standardními rozhraními, rozšířením jazyků a dalšími nástroji pro paralelní programování. Napsat a odladit paralelní program pro vybranou úlohu.
Paralelní architektury s distribuovanou a sdílenou pamětí, programování v C/C++ s MPI a OpenMP, GPGPU, paralelizace základních numerických metod.
Cíle předmětu
Vysvětlit možnosti paralelního programování na vícejádrových procesorech, na svazcích počítačů a na GP GPU. Získat přehled o technikách synchronizace a komunikace. Seznámit se s metodikou paralelizace a predikcí výkonnosti vybraných reálných aplikací, tvorbě správných programů a užití paralelních výpočtů v praxi.
Okruhy otázek k SDZ:
1. Ukazatelé paralelního zpracování. Funkce konstantní účinnosti, definice škálovatelnosti.
2. Vzory paralelních algoritmů, podpůrné struktury programů a datové.
3. Násobení matic se sdílenou pamětí, predikce výkonnosti.
4. Násobení matic se zasíláním zpráv, predikce výkonnosti.
5. Techniky zasílání zpráv mezi 2 partnery a kolektivní.
6. Paralelizace částicových systémů, predikce výkonnosti u zasílání zpráv..
7. Synchronizace u sdílené paměti.
8. Paralelizace výpočtů na mřížkách.
9. Částicové systémy na GPGPU, predikce výkonnosti.
10. Zásady paralelního programování orientovaného na výkonnost.
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti
Typy paralelních počítačů, programování v C/C++, základní numerické metody
Literatura studijní
Literatura referenční
- Pacecho, P.: Introduction to Parallel Programming. Morgan Kaufman Publishers, 2011, 392 s., ISBN: 9780123742605
- Kirk, D., and Hwu, W.: Programming Massively Parallel Processors: A Hands-on Approach, Elsevier, 2010, s. 256, ISBN: 978-0-12-381472-2
Osnova přednášek
- Architektury paralelních počítačů, ukazatele výkonnosti a jejich predikce.
- Programování se sdílenými proměnnými a se zasíláním zpráv: OpenMP a MPI
- Vzory paralelního programování
- Paralelní lineární algebra.
- Členění grafů.
- Diskrétní optimalizace.
- Parciální diferenciální rovnice.
- Problém N těles.
- Paralelní a distribuovaná simulace.
- Grafika a vizualizace.
- Dolování dat a znalostí.
- Knihovny a nástroje paralelního programování..
Průběžná kontrola studia
Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Pro úspěšné absolvování předmětu je nutno dosáhnout 50 bodů.
Metody vyučování
Výuka předmětu je realizována formou: Přednáška - 3 vyučovací hodiny týdně.
Kontrolovaná výuka
Obhajoba projektu, programového díla využívajícího některou variantu paralelního programování.
Zkouška probíhá jako obhajoba malého projektu, nejlépe z oblasti, na kterou se doktorand chce zaměřit v disertační práci. Projekt by měl demonstrovat potřebné zvýšení výkonnosti při řešení konkrétního problému použitím clusteru, vícejádrového procesoru nebo GPU. Podle toho je třeba zvolit programování v OpenMPI, OpenMP nebo CUDA/OpenCL, popřípadě v nějakém dalším specializovaném jazyce.
Zařazení předmětu ve studijních plánech