Programació i Arquitectures Paral·leles

• Hores setmanals
• Competències
• Objectius
• Continguts
• Activitats
• Metodologia docent
• Mètode d'avaluació
• Bibliografia
• Web links
• Capacitats prèvies

Professorat

Responsable

• Eduard Ayguadé Parra ( )

Hores setmanals

Competències

Competències Transversals

Actitud adequada davant el treball

• G8 [Avaluable] - Tenir motivació per a la realització professional i per a afrontar nous reptes, tenir una visió àmplia de les possibilitats de la carrera professional en l'àmbit de l'enginyeria en informàtica. Sentir-se motivat per la qualitat i la millora contínua, i actuar amb rigor en el desenvolupament professional. Capacitat d'adaptació als canvis organitzatius o tecnològics. Capacitat de treballar en situacions de carència d'informació i/o amb restriccions temporals i/o de recursos.
  • G8.3 - Estar motivat pel desenvolupament professional, per a afrontar nous reptes i per la millora contínua. Tenir capacitat de treball en situacions de falta d'informació.

Competències Tècniques de cada especialitat

Especialitat enginyeria de computadors

• CEC2 - Analitzar i avaluar arquitectures de computadors incloent plataformes paral·leles i distribuïdes, i desenvolupar i optimitzar software per a aquestes plataformes.
  • CEC2.1 - Analitzar, avaluar, seleccionar i configurar plataformes hardware per al desenvolupament i l'execució d'aplicacions i serveis informàtics.
  • CEC2.2 - Programar considerant l'arquitectura hardware, tant en assemblador com en alt nivell.

Competències Tècniques

Competències tècniques comunes

• CT8 - Planificar, concebre, desplegar i dirigir projectes, serveis i sistemes informàtics en tots els àmbits, liderar-ne la posada en marxa, la millora contínua i valorar-ne l'impacte econòmic i social.
  • CT8.7 - Controlar versions i configuracions del projecte.

Objectius

1. Capacitat d'escriure i entendre programes paral·lels usant la interfície de baix nivell Pthreads.
   Competències relacionades: CEC2.2,
2. Capacitat d'implementar les funcionalitats bàsiques en una llibreria que doni suport a l'execució paral·lela d'aplicacions en arquitectures de memoria compartida.
   Competències relacionades: CT8.7, CEC2.2, G8.3,
3. Capacitat d'entendre els components bàsics que formen una arquitectura multiprocessador, aixi com fer-ne un disseny sobre paper que obeeixi a determinats criteris de disseny.
   Competències relacionades: CEC2.1, G8.3,
4. Capacitat d'escriure aplicacions senzilles usant el model de programació MPI, avaluar-ne el rendiment, i detectar les parts crítiques que limiten l'escalabilitat.
   Competències relacionades: CEC2.2, G8.3,
5. Capacitat d'avaluar la qualitat d'una solució proposada a un problema específic
   Competències relacionades: G8.3,
6. Capacitat de complertar o ampliar els coneixements adquirits de forma autònoma i realitzar un treball específic tot i que l'enunciat sigui incomplert, o manqui informació rellevant per la seva implementació
   Competències relacionades: G8.3,

Continguts

1. MPI: programació paral·lela per arquitectures de memòria distribuïda
   En aquest tema aprendrem a programar aplicacions paral·leles usant MPI, un model de programació basat en pas de missatges per arquitectures clúster de memòria distribuïda.
2. Programació paral·lela amb Pthreads
   Introducció a les funcionalitats bàsiques que ofereix la llaberia de suport de baix nivell Pthreads
3. Implementació d'un model de programació de memòria compartida: threads i sincronització, repartiment de treball i model de tasques
   En aquest tema aprendrem com dissenyar i implementar una llibreria que doni suport a l'execució de programes paral·lels en OpenMP, en concret els mecanismes relacionats amb la gestió de threads i sincronització, el repartiment del treball en els OpenMP "worksharing constructs" i el model d'execució basat en tasques
4. Components i disseny d'una arquitectura clúster
   En aquest tema es presentaran els components principals que formen una arquitectura clúster i farem un disseny en base a un compromís de potencia de càlcul, consum d'energia i cost.

Activitats

Activitat Acte avaluatiu

Metodologia docent

Mètode d'avaluació

Bibliografia

Bàsica:

• Introduction to parallel computing - Grama, A.; Karypis, G.; Kumar, V.; Gupta, A, Pearson Education, 2003. ISBN: 0201648652
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991003524559706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca

Complementaria:

• Unit 1: POSIX Threads (Pthreads) programming - Ayguadé, Eduard, Departament d'Arquitectura de Computadors , 2021.
  
• Unit 2: Build (on paper) your own cluster architecture - Ayguadé, Eduard, Departament d'Arquitectura de Computadors , 2021.
  
• Unit 3: MPI (Message Passing Interface) - Ayguadé, Eduard, Departament d'Arquitectura de Computadors , 2021.
  
• Laboratory assignments: Lab 1 - OpenMP parallelisation of Eratosthenes Sieve - Ayguadé, Eduard, Departament d'Arquitecture de Computadors , 2023.
  
• Laboratory assignments: Lab2 - Implementing a minimal OpenMP runtime - Ayguadé, Eduard, Departament d'Arquitectura de Computadors , 2021.
  
• Laboratory assignments: Lab 3 - Performance characteritzation of HPC clusters - Ayguadé, Eduard ; Àlvarez, Lluc, Departament d'Arquitectura de Computadors , 2023.
  
• Laboratory assignments: Lab 4 - Heat equation using MPI - Ayguadé, Eduard ; Àlvarez, Lluc, Departament d'Arquitectura de Computadors , 2023.
  

Web links

• Message Passing Interface (MPI) https://computing.llnl.gov/tutorials/mpi/
• POSIX Threads Programming https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/
• OpenMP complete specifications and examples https://www.openmp.org/specifications/

Capacitats prèvies