460-4011/01 – Pokročilé architektury počítačů (PAP)
Garantující katedra | Katedra informatiky | Kredity | 6 |
Garant předmětu | Ing. Martin Milata | Garant verze předmětu | Ing. Martin Milata |
Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | volitelný odborný |
Ročník | 1 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
Rok zavedení | 2010/2011 | Rok zrušení | 2014/2015 |
Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
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:
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Průběžná kontrola studia:
Zpracování semestrálního projektu
E-learning
Další požadavky na studenta
Další požadavky na studenta nejsou kladeny.
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky