Programación y Arquitecturas Paralelas

• Horas semanales
• Competencias
• Objetivos
• Contenidos
• Actividades
• Metodología docente
• Método de evaluación
• Bibliografía
• Web links
• Capacidades previas

Profesorado

Responsable

• Eduard Ayguadé Parra ( )

Horas semanales

Competencias

Competencias Transversales

Actitud frente al trabajo

• G8 [Avaluable] - Tener motivación para la realización profesional y para afrontar nuevos retos, así como una visión amplia de las posibilidades de la carrera profesional en el ámbito de la Ingeniería en Informática. Tener motivación por la calidad y la mejora continua, y actuar con rigor en el desarrollo profesional. Capacidad de adaptación a los cambios organizativos o tecnológicos. Capacidad de trabajar en situaciones de falta de información y/o con restricciones temporales y/o de recursos.
  • G8.3 - Tener motivación para el desarrollo profesional y para afrontar nuevos retos. Tener motivación para la mejora continua. Disponer de capacidad de trabajo en situaciones de falta de información.

Competencias Técnicas de cada especialidad

Especialidad ingeniería de computadores

• CEC2 - Analizar y evaluar arquitecturas de computadores incluyendo plataformas paralelas y distribuidas, y desarrollar y optimizar software para dichas plataformas.
  • CEC2.1 - Analizar, evaluar, seleccionar y configurar plataformas hardware para el desarrollo y la ejecución de aplicaciones y servicios informáticos.
  • CEC2.2 - Programar considerando la arquitectura hardware, tanto en ensamblador como en alto nivel.

Competencias Técnicas

Competencias técnicas comunes

• CT8 - Planificar, concebir, desplegar y dirigir proyectos, servicios y sistemas informáticos en todos los ámbitos, liderando su puesta en marcha, su mejora continua y valorando su impacto económico y social
  • CT8.7 - Controlar versiones y configuraciones del proyecto.

Objetivos

1. Capacidad de escribir y entender programas paralelos que utilicen la interfaz de bajo nivel Pthreads.
   Competencias relacionadas: CEC2.2,
2. Capacidad de implementar las funcionalidades básicas en una librería que de soporte a la ejecución paralela de aplicaciones en una arquitectura de memoria compartida.
   Competencias relacionadas: G8.3, CT8.7, CEC2.2,
3. Capacidad de entender los componentes básicos de una arquitectura multiprocesador, así como realizar un diseño sobre papel que obedezca a determinados criterios de diseño.
   Competencias relacionadas: G8.3, CEC2.1,
4. Capacidad de escribir aplicaciones sencillas usando el modelo de programación MPI, evaluar su rendimiento, y detectar las partes críticas que limitan la escalabilidad.
   Competencias relacionadas: G8.3, CEC2.2,
5. Capacidad de evaluar la calidad de una solución propuesta a un problema específico
   Competencias relacionadas: G8.3,
6. Capacidad de completar o ampliar los conocimientos adquiridos de forma autónoma y realizar un trabajo específico aunque el enunciado sea incompleto, o falte información relevante para su implementación
   Competencias relacionadas: G8.3,

Contenidos

1. MPI: programación paralela para arquitecturas de memoria distribuida
   En este tema aprenderemos a programar aplicaciones paralelas usando MPI, un modelo de programación basado en paso de mensajes para arquitecturas clúster de memoria distribuida.
2. Programación paralela con Pthreads
   Introducción a las funcionalidades básicas que ofrece la biblioteca de soporte de bajo nivel Pthreads
3. Implementación de un modelo de programación de memoria compartida: threads y sincronización, reparto de trabajo y modelo de tareas
   En este tema aprenderemos como diseñar e implementar una librería que de soporte a la ejecución de programas paralelos en OpenMP, en concreto los mecanismos relacionados con la gestión de threads y sincronización, el reparto de trabajo en los OpenMP "worksharing constructs" y el modelo de ejecución basado en tareas.
4. Componentes y diseño de una arquitectura cluster
   En este tema se presentarán los principales componentes que forman una arquitectura clúster y se realizará un diseño que atienda a determinados compromisos de potencia de cálculo, consumo energético i coste.

Actividades

Actividad Acto evaluativo

Metodología docente

Método de evaluación

Bibliografía

Básica:

• 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/

Capacidades previas