BME VIK - Heterogén számítási rendszerek

vissza a tantárgylistához nyomtatható verzió

Heterogén számítási rendszerek

A tantárgy angol neve: Heterogeneous Computing Systems

Adatlap utolsó módosítása: 2021. május 27.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki szak, MSc képzés

Programozható logikai áramkörök alkalmazástechnikája mellékspecializáció

Tantárgykód	Szemeszter	Követelmények	Kredit	Tantárgyfélév
VIMIMA15	2	2/1/0/v	4

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Szántó Péter,

A tantárgy tanszéki weboldala http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/VIMIMA15

4. A tantárgy előadója

Szántó Péter

mesteroktató

MIT

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Digitális technika

6. Előtanulmányi rend

Kötelező:

NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIMIM364" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIMIM364", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
VAGY
TárgyEredmény( "BMEVIMIMA25", "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIMIMA25", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

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

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

Ajánlott:
Nincs

7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy a modern SRAM technológiájú FPGA eszközök nagyteljesítményű számítási alkalmazásait ismerteti, lefedve mind a jelfolyam alapú valósidejű digitális jel/kép/video feldolgozási, mind az általános célú számítástechnikai alkalmazásokat. Ismerteti a feladatok hardveres megoldásainak előnyeit, a nagysebességű párhuzamos és pipeline műveletvégzők tervezési kérdéseit, a komponens és modell alapú tervezési módszereket. Bemutatja az újrakonfigurálható társprocesszor alapú rendszermegvalósítások előnyeit a speciális tulajdonságok kiaknázásának lehetőségeit. Ismerteti a statikus és dinamikus újrakonfigurálás technológiáját, az általános célú és konfigurálható processzorok használatával kialakítható nagyteljesítményű rendszerek számítási és adatmozgatási teljesítményoptimalizálásának kérdéseit a tipikus alkalmazási területek követelményei alapján. Az általános célú heterogén nagyteljesítményű beágyazott rendszerek multicore CPU, GPGPU és FPGA típusú feldolgozó egységeinek együttes használatai módszereinek bemutatása, szoftverfejlesztési technológiák: CUDA, OpenCL.

8. A tantárgy részletes tematikája

Oktatási hét	Tematika
1. hét	A nagyteljesítményű számítástechnikai terület hagyományos megoldásai: párhuzamos szuperszámítógépek, számítógép clusterek, grid megoldások. Fontosabb felhasználók köre: Kutatások, pénzügyi adatfeldolgozás, geofizikai számítások, bioinformatika, védelmi kutatások
2. hét	Problémák: költség, megbízhatóság, teljesítményigény, elhelyezés, hűtés. Alternatív megoldások: Multi core CPU, grafikus CPU, Cell processzor, ClearSpeed rendszer, FPGA alapú rendszer, automata processzor
3. hét	Alternatív programozási modellek keresése: a szoftver megoldás flexibilitásának kombinálása a hardver nagy teljesítőképességével az FPGA-ra alapuló számítási hálózatok alkalmazásával.
4. hét	Általános párhuzamosítási lehetőségek: végrehajtási idő, feldolgozási képesség, hatékonyság, granularitás.
5. hét	Az Amdahl törvény. A párhuzamos és multi-core programozási paradigma. Feladat partícionálás, működés közbeni terhelés elosztás
6. hét	Szerver architektúrák, kommunikációs interfészek. Párhuzamosítás CPU használatával: vektorizáció, többszálú végrehajtás (OpenMP, MPI).
7. hét	Speciális gyorsítóeszközök áttekintése: a GPGPU általános jellemzői, műveletei támogatás, előnyök, hátrányok.
8. hét	GPGPU programozási modell: CUDA és OpenCL.
9. hét	Az FPGA alapú újrakonfigurálható hardver eszközök. Az FPGA, mint társprocesszor. Az FPGA konfigurációja, részleges újrakonfigurálás lehetőségei, előnyei, hátrányai.
10. hét	Fejlesztési lépések részleges újrakonfigurálás megvalósításához. A projektszerkezet kialakítása, rekonfigurálható tartományok konfigurációinak elkészítése
11. hét	Magas szintű FPGA fejlesztési lehetőségek: C alapú megoldások (Handel-C, Impulse-C, Mitrion-C, Catapult-C, C2H, Vivado HLS). A C alapú hardver szintézis lehetőségei, problémái.
12. hét	Xilinx Vivado HLS: párhuzamosítási lehetőségek; memória szintézis; interfész megvalósítási lehetőségek. OpenCL alapú FPGA fejlesztés.
13. hét	Nagyteljesítményű gyorsítóegységek rendszerbeillesztési feladatai. A Host és az HW gyorsító közötti kommunikáció kérdései
14. hét	A heterogén számítástechnika lehetséges jövőbeni irányai. A speciális gyorsító egységek és integrálásuk felhő alapú rendszerekbe

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás és gyakorlat

10. Követelmények

Aláírást az kaphat, aki a félévközi követelményt, az előírt tervezési feladatot elfogadható minőségben legkésőbb a pótlási hét végéig teljesíti. Az aláírás megszerzése a vizsgára jelentkezés feltétele. A tárgyból írásbeli vizsgát tartunk, vizsgaidőszakban, 3 alkalommal. A végleges félévi jegyet a vizsgán elért eredmény (75%) és a félévközi tervezési feladatra kapott értékelés (25%) együttesen határozza meg.

11. Pótlási lehetőségek

A házi feladat a szorgalmi időszakban vagy a pótlási hét végéig beadható.

12. Konzultációs lehetőségek Megegyezés szerint.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

A tárgyhoz kapcsolódó előadás fóliák elérhetők a tárgy tanszéki honlapján.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontaktóra	42
Készülés előadásra	7
Készülés gyakorlatra	7
Házi feladat elkészítése	32
Vizsgafelkészülés	32
Összesen	120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Fehér Béla	egyetemi docens	MIT
Szántó Péter	tanársegéd	MIT

Egyéb megjegyzések A tárgy neve angolul: Heterogeneous Computing Systems

Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

Heterogén számítási rendszerek