Újrakonfigurálható technológiák nagy teljesítményű alkalmazásai

A tantárgy angol neve: High-performance Applications of Reconfigurable Technologies

Adatlap utolsó módosítása: 2009. október 31.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki szak, MSc képzés

Programozható logikai eszközök alkalmazástechnikája mellékszakirány

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIMIM364 3 2/1/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Fehér Béla,
4. A tantárgy előadója

Dr. Fehér Béla egyetemi docens

Szántó Péter tanársegéd

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Digitális technika
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIMIMA15" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIMIMA15", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

7. A tantárgy célkitűzése AZ FPGA áramkörök alkalmazási területe az áramkörökkel elérhető extrém műveletvégző képességek következtében jelentősen kiszélesedett. A legnagyobb alkatrészek a többmillió rugalmasan konfigurálható elemi hardver erőforrásból kialakítható algoritmus specifikus időben és térben párhuzamos feldolgozó egység összegzett teljesítményének következtében a olyan megoldásokat is lehetővé tesznek, amelyek sokszor a szuperszámítógépekkel elérhető végrehajtási időnél is gyorsabbak. Az újrakonfigurálható hardver eszközök előnyei elsősorban a jól párhuzamosítható, alacsonyszintű keresési, szűrési, rendezési feladatok kapcsán használhatók ki. A rendelkezésre álló dedikált DSP modulok, a nagyszámú belső elosztott memóri blokk a digitális jel ill. képfeldolgozási algoritmusok megvalósítása során is extrém teljesítményt biztosít. 
8. A tantárgy részletes tematikája

A nagyteljesítményű számítástechnikai terület hagyományos megoldásai: párhuzamos zsuperszámítógépek, számítógép clusterek, grid megoldások. Fontosabb felhasználók köre: Kutatások, pénzügyi adatfeldolgozás, geofizikai számítások, bioinformatika, védelmi kutatások,

Problémák: költség, megbízhatóság, teljesítmény igény, elhelyezés, hűtés. Alternatív megoldások: Multi core CPU, grafikus CPU, Cell processzor, ClearSpeed rendszer, FPGA alapú rendszer

Alternatív programozási modellek keresése: a szoftver megoldás flexibilitásának kombinálása a hardver nagy teljesítőképességével az FPGA-ra alapuló számítási hálózatok alkalmazásval.

Gyakorlat: Példa algorimusok FPGA gyorsítási módszereinek vizsgálata.

Általános párhuzamosítási lehetőségek: végrahajtási idő, feldolgozási képesség, hatékonyság, granularitás. Az Amdahl törvény. A párhuzmaos és multi core programozási paradigma.

Speciális gyorsítóeszközök áttekintése: A GPGPU általános jellemzői, műveletei támogatás, előnyök, hátrányok. A Cell processzors fontosabb tulajdonságai, a CBEA technológia alkalmazási feltételei.

Az FPGA alapu újrakonfigurálható hardver eszközök. Az FPGA álatlános tulajdonságai, az SRAM a technológiájú eszközök jellemzői. Alapcellák és használatuk. Beépített blokkok: memóriák és DSP egységek. Nagysebességű I/O lehetőségek.

Gyakorlat: Kép és jelfeldolgozási algoritmusok vizsgálata

FPGA alkalmazások fejlesztési technológiája, HDL fejlesztés lépései. Időbeli és térbeli párhuzamosítások. Magasszintű algorimikus eszközök: Általános célú, jelfeldolgozási célú. C-alapú megoldások: Handel-C, Impulse-C, Mitrion-C, Catapult-C, C2H, stb.

Nagygépes rendszerek áttekintése: Cray XD1, SGI RASC,

Gyakorlat: Teszt algorimusok futtatása távoli hozzáféréssel

Egyéb megoldások: DRC Computer, Nallatech, Xtremedata.

 

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás és gyakorlat
10. Követelmények A tárgyból szóbeli vizsgát tartunk. A vizsgára az jelentkezhet, aki az aláírást megszerezte. Az aláírás feltételei a következők: A félév során kiadott tervezési feladat elõírt színvonalú elkészítése.
11. Pótlási lehetőségek

A házi feladat a szorgalmi időszakban és a pótlási időszakban is beadható.

12. Konzultációs lehetőségek Megbeszélés szerint
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Maya  Gokhale, Paul S. Graham : Reconfigurable Computing, Accelerating Computation with Field-Programmable Gate Arrays Springer,  ISBN-10 0-387-26105-2

Előadások vázlatai a tárgy honlapján elérhetőek.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra42
Félévközi készülés órákra10
Felkészülés zárthelyire0
Házi feladat elkészítése20
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
Vizsgafelkészülés48
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Fehér Béla egyetemi docens, Szántó Péter tanársegéd
Egyéb megjegyzések A tárgy angol neve: High Performance Applications of Reconfigurable Technologies