سرفصل درس رایانش چند هسته ای

رایانش چند هسته ای (شماره درس:۴٠۴٣٢)

Multicore Computing

اهداف درس رایانش چند هسته‌ای

هدف اصلی درس آشنایی با ساختار سیستم های چندهسته ای و پرهسته ای و برنامه نویسی موازی برای این سیستم ها است. به این منظور، ابتدا معماری کلی، مفاهیم اولیه و چالش های موجود در سیستم های چندهسته ای و پرهسته ای ارائه می گردد. در ادامه، ابزار و روش های برنامه نویسی موازی روی چند بستر چندهسته ای و پر هسته ای معرفی می شود.

سرفصل های درس رایانش چند هسته‌ای

1. معرفی معماری سیستم های چندهسته ای و مدل های برنامه نوسی موازی
   • تاریخچه ظهور سیستم های چند هسته ای
   • چالش های برنامه نویسی کارا روی سیستم های چند هسته ای
   • معرفی سطوح موازات در برنامه ها
   • تحلیل تسریع در سیستم های چند هسته ای همگون و ناهمگون
   • ارائه ی چند نمونه واقعی از سیستم های چند هسته ای
2. چند پردازنده ها با حافظه مشترک
   • معرفی کلی معماری
   • ارائه ی مسئله ی Cache Coherence و راه حل ها
   • معرفی اجمالی مدل برنامه نویسی و نحوه همگام سازی نخ ها
   • نحوه برخورد با ناحیه های بحرانی
   • ایده های کلی در بهبود برنامه های موازی
3.  الگو های رایج موازی سازی محاسبات و مدیریت داده
   • موازیی محاسبات وهایگال: Fork-Join ،Recurrence ،Stencil ،Scan ،Reduction ،Map
   • داده مدیریت موازی وهاگال: Partitions & Geometric Decomposition ،Pack ،Scatter ،Gather
4. برنامه نویسی موازی عمومی در سیستم های چند هسته ای
   • برنامه نویسی با Pthreads
   • برنامه نویسی با OpenMP
5. برنامه نوسی موازی در سیستم های برداری
   • معرفی کلی سیستم های برداری و آرایه ای
   • معرفی ISA مخصوص پردازنده Intel برای محاسبات SIMD
   • معرفی معماری و نحوه برنامه نویسی پردازنده BE CELL
6. برنامه نویسی موازی در پردازنده های گرافیکی عام منظوره
   • معرفی جامع معماری پردازنده های گرافیکی
   • معرفی معماری چند نمونه واقعی از پردازنده های گرافیکی شرکت NVIDIA
   • برنامه نویسی با زبان CUDA
   • معرفی Profiler شرکت NVIDIA
7. معرفی اجمالی برنامه نویسی موازی در سیستم های توزیع شده
   • معرفی کتابخانه (MPI)Message Passing Interface و نحوه ی برنامه نویسی موازی براساس مدل تبادل پیام

ارزیابی درس رایانش چند هسته‌ای

• تمرین های نظری: ٣ نمره
• آزمون های میان ترم و پایانی: ١۵ نمره
• آزمونک ها: ٢ نمره

مراجع درس رایانش چند هسته‌ای

[1] D. A. Patterson and J. L. Hennessy. Computer Architecture: A quantitative approach. Morgan Kauf-mann,  2019.
[2] J. Sanders and E. Kandrot. CUDA by examples: An introduction to GPGPU programming. Addison-Wesley, 2011.
[3] D. B. Kirk and W. W. Hwu. Programming massively parallel processors: A hands-on approach.
[4] M. McCool, A.D. Robison, and J. Reinders. Structured Parallel Programming. Elsevier, 2012