460-4011/01 – Pokročilé architektury počítačů (PAP)

Garantující katedraKatedra informatikyKredity6
Garant předmětuIng. Martin MilataGarant verze předmětuIng. Martin Milata
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostvolitelný odborný
Ročník1Semestrzimní
Odkaz na webJazyk výukyčeština
Rok zavedení2010/2011Rok zrušení2014/2015
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 8+2

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Cílem předmětu je seznámení jeho posluchačů s pokročilými architekturami moderních datových center a superpočítačů, především z pohledu aktuálních hardwarových prostředků a jejich očekávaného vývoje v blízké budoucnosti. Absolvent tak získá přehled o současných i výhledových architekturách datových center, jejich využití v oblasti virtualizovaných služeb a výpočetně náročných aplikací. Předmět rovněž přinese posluchači znalosti z oblasti výkonnostních testů výpočetních systémů a doplní tak představu o výpočetním výkonu, jenž datová centra a superpočítače nabízejí.

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)

Anotace

V první části kurzu jsou postupně představovány jednotlivé architektury moderních procesorů a akcelerátorů a to především ve světle současného použití v oblasti superpočítačů. Zde jsou zahrnuty především principy paralelního zpracování instrukcí a jejich přínos ke zvyšování výpočetního výkonu procesoru, více-jádrové a multivláknové procesory a akcelerátory. V další části se předmět zabývá koncepcemi architektur datových center a superpočítačů, jejich komponentami a principy spolupráce komponent. Dotýká se především problematiky výpočetních uzlů datových center, technologií a topologií vzájemného propojování výpočetních uzlů a volby datových subsystémů v závislosti na specializaci datového centra. Stručně je zmíněna také problematika návrhu datového centra z hlediska jeho umístění či energetických nároků.

Povinná literatura:

Dvořák, V., Drábek, V.: Architektura procesorů, VUTIUM, Brno (1999), ISBN 80-214-1458-8 Hlavička, J.: Computer Architecture, Skriptum FEL ČVUT Praha (1997),

Doporučená literatura:

Kung, S.Y., Whitehouse, H. J., Kailath, T.: VLSI and Modern Signal Processing, Prentice-Hall (1985), ISBN 0-13-942699-X

Způsob průběžné kontroly znalostí během semestru

Průběžná kontrola studia: Zpracování semestrálního projektu

E-learning

Další požadavky na studenta

Další požadavky na studenta nejsou kladeny.

Minimální znalostní požadavky

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Zřetězené zpracování, skalární procesory Nezřetězené zpracování, zřetězené zpracování, uspořádání procesoru, doba provedení operace, redukce počtu taktů procesoru, linky pro zřetězené zpracování instrukcí. Časové diagramy, konflikty na sběrnicích, typická implementace procesorů RISC, okénko zpoždění, zpožděné skoky. Superskalární procesory Charakteristika superskalárního procesoru, řízení datových závislostí, rezervační stanice se společnou sběrnicí, spekulativní zpracování instrukcí, predikce skoků. Procesory s velmi dlouhým instrukčním slovem (VLIW) Plánování instrukcí překladačem, konverze podmíněných skoků pomocí predikce, cyklické plánování, spekulativní načítání, generování kódu VLIW. Vektorové procesory Zpracování vektorových instrukcí, popis vektorových operací, doba provádění, hodnocení výkonnosti, organizace konvojů pro smyčky, práce s vektory. Procesory s podporou vláken Počet aktivních vláken, přepínání kontextu, účinnost procesoru, cena implementace, víceúrovňový paralelismus a superskalární, resp. VLIW koncepce, transputery. Multiskalární procesory Zlepšování v oblasti toku instrukcí, toku dat přes registry a toku dat přes paměť, procesory s pamětí stop - multiskalární procesory, výběr stopy podle prediktoru stop. Procesory s podporou virtualizace Problematika virtualizace hardwarových prostředků (paměť, datová úložiště, virtualizace a emulace procesoru). Virtualizace platforem, emulace, plná virtualizace, paravirtualizace, virtualizace s podporou procesoru, návaznosti na operační systém a komunikační infrastrukturu. Vybrané architektury grafických procesorů Základy architektury grafických procesorů, organizace výpočetních jednotek, organizace a přístup do paměti, propojování GPU a tvorba GPU clusteru. Grafické procesory a jejich využití pro obecné výpočty (GPU computing) Problematika obecných výpočtů na GPU, možnosti využití GPU pro účely obecných výpočtů, práce s pamětí, problematika řízení toku programu (realizace instrukcí skoku). Seznámení s vybranými oblastmi návrhu datových center Obecné komponenty datového centra - datová úložiště, výpočetní jednotky, propojovací subsystémy, otázka napájení a chlazení, obecná problematika bezpečnosti datového centra. Základní bloky infrastruktury datových center Datová úložiště a jejich integrace v datovém centru, SAN infrastruktura a její konvergence k IP. Síťová infrastruktura datového centra. Speciální technologie pro propojování výpočetních uzlů datového centra. Seznámení s vybranými architekturami superpočítačů Současné superpočítače u nás a ve světě. Základní architektury superpočítačů, pojem výpočetní uzel, problematika propojování výpočetních uzlů, datové subsystémy. Oblasti a perspektiva využití superpočítačů. Předpokládaná architektura superpočítače IT4 Cvičení: Plánování instrukcí na procesorech. Nasazení a použití virtualizace. Výkonnostní testy a srovnání výkonu při použití virtualizace. Konfigurace superpočítače. Plánování a sledování provádění výpočetních úloh superpočítačem. Práce s grafickým akcelerátorem ve vztahu k obecným výpočtům.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2010/2011 zimní semestr, platnost do: 2011/2012 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (55) 51
        Zápočet Zápočet  (45)
                Zápočtový test Písemka 20  10
                Semestrální projekt Projekt 25  15
        Zkouška Zkouška 55  20
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramOborSpec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2014/2015 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku