Computação Paralela Avançada

Código:

M.EIC034

Sigla:

CPA

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Arquitetura de Computadores, Sistemas Operativos e Redes

Ocorrência: 2022/2023 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Informática
Curso/CE Responsável:	Mestrado em Engenharia Informática e Computação

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
M.EIC	18	Plano de estudos oficial	1	-	6	39	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

ENQUADRAMENTO

A programação paralela e distribuída está a tornar-se o paradigma comum de programação dada a evolução do hardware para arquiteturas multicore e elementos massivamente paralelos como as GPUs. O computador pessoal atual é composto por vários processadores que coletivamente disponibilizam maior capacidade de processamento, do que os anteriores single-core, mas que individualmente têm menor capacidade. Os programadores terão de dominar a programação multi-processador para que possam utilizar com eficiência as máquinas do presente e do futuro.

OBJETIVOS

Aquisição de conhecimentos conducentes à utilização simultânea de várias unidades de processamento num sistema de computação. Construção de bases sólidas sobre arquiteturas paralelas, paralelização de algoritmos, modelos de programação, sincronização de processos e medidas de desempenho, através do desenvolvimento de programas.

Componente ciêntifica:50%

Componente técnica:50%

 

Resultados de aprendizagem e competências

Os estudantes no final deverão ser capazes de: a) Analisar um problema e identificar o modelo de paralelização mais adequado (Conhecimento e compreensão) b) Escrever programas segundo o modelo de passagem de mensagens e memória partilhada (Análise e Prática) C) Elaborar soluções paralelas para novos problemas (Especificação) D) Utilização de modelos computacionais para estimar o tempo de computação das aplicações (Investigação) E) Conhecimentos de concorrência de processos e implementação de boas práticas para efetuar partilha de recursos (competências transferíveis).

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Os estudantes devem ter conhecimentos de programação em C/C++.

Programa

 

INTRODUÇÃO: - Introdução à Computação Paralela. Medidas de desempenho: MIPS e FLOPS. Caracterização de desempenho: ‘peak’, máximo e sustentável. Máquinas paralelas: processadores superescalares e vetoriais, organização de memória e redes de interligação. Efeito da gestão da memória cache no desempenho do processador – Localização dos Dados.

FUNDAMENTOS DA PROGRAMAÇÃO PARALELA: - Limitações da computação paralela (Amdahl Law). Tipos de paralelismos: paralelismo funcional, paralelismo de dados, streaming. Etapas na paralelização de um algoritmo: divisão em operações paralelas, padrões de comunicação, sincronização, granularidade e escalonamento (distribuição do trabalho pelos processadores).

MODELOS DE PROGRAMAÇÃO PARALELA: Memória Partilhada, Memória Distribuída e MapReduce. Problemas de concorrência, secções criticas, ‘False sharing’, operações de redução.

PROGRAMAÇÃO DE MULTI-COMPUTADORES E MULTI-PROCESSADORES: - Utilização de MPI, OpenMP e Spark. Programação de GPUs para o paradigma de paralelismo de dados (CUDA e SYCL).

CARACTERIZAÇÃO DA COMPUTAÇÃO PARALELA: - Modelos de execução, Modelos de Computação, Medidas de Desempenho e Eficiência, Expansibilidade (Função de Isoeficiência).

Bibliografia Obrigatória

Quinn, Michael J.; Parallel programming in C with MPI and openMP. ISBN: 007-123265-6
Calvin Lin, Lawrence Snyder; Principles of parallel programming, Pearson - Addison Wesley, 2009. ISBN: 0-321-48790-7
David B. Kirk, Wen-mei W. Hwu; Programming massively parallel processors, Morgan Kaufman, 2010. ISBN: 978-0-12-381472-2

Bibliografia Complementar

Foster, Ian T.; Designing and building parallel programs. ISBN: 0-201-57594-9

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Exposição do material teórico com apresentação e discussão de exemplos. Desenvolvimento de alguns programas e exercícios práticos. Projecto e desenvolvimento de trabalhos de maior dimensão.

Software

PAPI - Performance API
MPI
g++

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Tecnologia de computadores > Tecnologia de software

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	50,00
Participação presencial	0,00
Trabalho laboratorial	50,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	60,00
Frequência das aulas	42,00
Trabalho laboratorial	60,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Não exceder o número de faltas (25%), realizar e apresentar os trabalhos práticos e obter classificação minima de 10 valores em 20.

Fórmula de cálculo da classificação final

Nota Final = 0.5*AvD + 0.5*Ex

AvD – Avaliação Distribuída

Ex – Nota do exame

A Avaliação Distribuída é obtida por 2 trabalhos práticos.

A classificação Ex tem de ser superior ou igual a 30%. 

Avaliação especial (TE, DA, ...)

A avaliação distribuída é baseada na realização de trabalhos práticos de programação ao longo do semestre, sendo opcional para regimes de ingresso especiais.

Melhoria de classificação

A melhoria da classificação obtida na componente distribuída pode ser realizada na próxima ocorrência da unidade curricular. A componente de Exame pode ser melhorada nas épocas previstas na FEUP.

Observações

Conhecimento de Linguagem C/C++.