Computació d'Altes Prestacions

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

Professorat

Responsable

• Jordi Torres Viñals ( )
• Josep Lluís Berral García ( )

Hores setmanals

Competències

Competències Transversals

Transversals

• CT2 - Sostenibilitat i Compromís Social. Conèixer i comprendre la complexitat dels fenòmens econòmics i socials típics de la societat del benestar; tenir capacitat per relacionar el benestar amb la globalització i la sostenibilitat; obtenir habilitats per utilitzar de forma equilibrada i compatible la tècnica, la tecnologia, l'economia i la sostenibilitat.
• CT3 - Comunicació eficaç oral i escrita. Comunicar-se de forma oral i escrita amb altres persones sobre els resultats de l'aprenentatge, de l'elaboració del pensament i de la presa de decisions; participar en debats sobre temes de la pròpia especialitat.
• CT6 [Avaluable] - Aprenentatge autònom. Detectar deficiències en el propi coneixement i superar-les mitjançant la reflexió crítica i l'elecció de la millor actuació per ampliar aquest coneixement.

Bàsiques

• CB2 - Que els estudiants sàpiguen aplicar els seus coneixements al seu treball o vocació d'una manera professional i posseeixin les competències que solen demostrar-se mitjançant l'elaboració i defensa d'arguments i la resolució de problemes dins la seva àrea d'estudi.

Competències Tècniques

Específiques

• CE05 - Analitzar i avaluar l'estructura i arquitectura dels computadors, així com els components bàsics que conformen.
• CE06 - Identificar les característiques, funcionalitats i estructura dels Sistemes Operatius i dissenyar i implementar aplicacions basades en els seus serveis.
• CE07 - Interpretar les característiques, funcionalitats i estructura dels Sistemes Distribuïts, les Xarxes de Computadors i Internet i dissenyar i implementar aplicacions basades en elles.
• CE08 - Detectar les característiques, funcionalitats i components dels gestors de dades, que permeten el seu adequat ús en fluixos d'informació, i el disseny, anàlisi i implementació d'aplicacions basades en elles.
• CE11 - Identificar i aplicar els principis fonamentals i tècniques bàsiques de la programació paral·lela, concurrent, distribuïda i de temps real.
• CE19 - Utilitzar els sistemes de computació actuals, inclosos sistemes d'alt rendiment, per al procés de grans volums de dades des del coneixement de la seva estructura, funcionament i particularitats.

Competències Tècniques Generals

Genèriques

• CG1 - Concebir, redactar, organitzar, planificar i desenvolupar projectes en l'àmbit de la intel·ligència artificial.
• CG3 - Definir, avaluar i seleccionar plataformes maquinari i programari per al desenvolupament i l'execució de sistemes, serveis i aplicacions informàtiques en l'àmbit de la intel·ligència artificial.
• CG9 - Afrontar nous reptes amb una visió àmplia de les possibilitats de la carrera professional en l'àmbit de la Intel·ligència Artificial. Desenvolupar l'activitat aplicant criteris de qualitat i millora contínua, i actuar amb rigor en el desenvolupament professional. Adaptar-se als canvis organitzatius o tecnològics. Treballar en situacions de carència d'informació i/o amb restriccions temporals i/o de recursos.

Objectius

1. Entendre l'ús de la computació d'altes prestacions i middlewares per a la intel·ligència artificial
   Competències relacionades: CG1, CG9, CT3, CT6, CE19,
2. Conèixer els components bàsics de hardware i middleware a plataformes d'altes prestacions
   Competències relacionades: CG9, CT2, CE05, CE08, CE19,
3. Aprendre l'ús d'acceleradors (e.g. GPUs) i eines per a la seva explotació
   Competències relacionades: CG3, CT6, CE08, CE19,
4. Aprendre conceptes de virtualització i ús de màquines virtuals
   Competències relacionades: CG3, CT2, CB2, CE05, CE06,
5. Familiaritzar-se amb les eines bàsiques per a l'explotació de sistemes distribuïts, amb models de programació orientats a la distribució
   Competències relacionades: CG3, CT6, CE07, CE08, CE11,
6. Conèixer els conceptes bàsics de sistemes distribuïts, interconnexió i comunicació entre sistemes.
   Competències relacionades: CG3, CT3, CT6, CE07, CE11,
7. Aprendre sobre sistemes de fitxers: usos bàsics dels sistemes de fitxers, sistemes en discos redundants, volums lògics i tolerància a fallades.
   Competències relacionades: CG3, CT6, CB2, CE06, CE07, CE08,
8. Descobrir els reptes de de la computació d'altes prestacions en intel·ligència artificial
   Competències relacionades: CG1, CG9, CT2, CT3,

Continguts

1. Introducció als sistemes de Computació d'Altes Prestacions
   Introducció als sistemes de computació de gran escala, especialitzats i al núvol.
2. Acceleradors i dispositius d'altes prestacions
   Incorporació d'acceleradors (e.g. GPUs) i eines per a la seva explotació. Operacions amb matrius accelerades mitjançant dispositius especialitzats.
3. Middleware i plataformes d'altes prestacions per a la intel·ligència artificial
   Components bàsics de hardware i middleware a plataformes d'altes prestacions. Ús d'eines de l'estat de l'art i la industria (e.g. TensorFlow, Pytorch, etc.) combinat amb dispositius especialitzats.
4. Paral·lelisme aplicat a la intel·ligència artificial
   Paral·lelisme en computació d'altes prestacions i la interacció amb els middlewares més estesos en aplicacions de la intel·ligència artificial, aprenentatge profund i transformers, i tècniques associades.
5. Introducció a models distribuïts de programació per a Big Data
   Introducció a models de programació Map-Reduce sobre sistemes de dades distribuïts i llenguatge Scala.
6. Conceptes de virtualització i containerització
   Introducció a l'ús de màquines virtuals i containerització, per a l'execució isolada i personalitzada d'entorns, així com migració de càrrega i gestió de recursos a sistemes compartits.
7. Sistemes de fitxers locals i distribuïts, redundancia i disponibilitat
   Usos bàsics de sistemes de fitxers, així com als sistemes d'emmagatzemament distribuït de dades, volums lògics, redundància, tolerància a fallades i alta disponibilitat.
8. Computació a sistemes distribuïts
   Conceptes bàsics de sistemes distribuïts (e.g. Hadoop i Spark), interconnexió i comunicacions, paradigmes de sistemes distribuïts i protocols, i tolerància a fallades. Eines bàsiques per a l'explotació de concurrència en sistemes distribuïts, i els seus models de programació orientats a la intel·ligència artidficial i el procés massiu de dades.
9. Reptes de la computació d'altes prestacions per a la intel·ligència artificial
   Reptes de present i futur de la computació d'altes prestacions aplicada a la intel·ligència artificial. Eines i entorns actuals a la industria, el núvol, l'acadèmia i la societat.

Activitats

Activitat Acte avaluatiu

Metodologia docent

Mètode d'avaluació

Bibliografia

Bàsica:

• First contact with Deep learning : practical introduction with Keras - Torres, Jordi, Kindle Direct Publishing, [2018]. ISBN: 9781983211553
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991004153269706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• Dive into Deep Learning - Zhang, Aston and Lipton, Zachary C. and Li, Mu and Smola, Alexander J., The authors, 2020.
  
• High performance computing : modern systems and practices - Sterling, Thomas; Anderson, Matthew; Brodowicz, Maciej, Morgan Kaufmann, [2018]. ISBN: 9780124201583
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991004173809706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• Spark: the definitive guide: big data processing made simple - Chambers, B.; Zaharia, M, O'Reilly, 2018. ISBN: 9781491912300
  
• Hadoop : the definitive guide - White, Tom, O'Reilly, 2015. ISBN: 9781491901632
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991004054859706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• La inteligencia artificial explicada a los humanos - Torres, J, Plataforma Editorial, 2023. ISBN: 9788419655561
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991005151879806711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca

Complementaria:

• BSC documentation about Marenostrum 4 and CTE-Power - Barcelona Supercomputing Center, , .
  

Capacitats prèvies