
Programació Paral·lela
Codi: 108257Crèdits: 6
| Titulació | Tipus | Curs |
|---|---|---|
| Intel·ligència Artificial / Bachelor in Artificial Intelligence | OB | 3 |
Professor/a de contacte
- Nom :
- Carles Carrillo Jordan
- Correu electrònic :
- carles.carrillo@uab.cat
Idiomes dels grups
Podeu consultar aquesta informació al final del document.
Prerequisits
Encara que no hi ha prerequisits formalment establerts i és responsabilitat de la pròpia assignatura proporcionar als i les alumnes un mitjà per adquirir els coneixements descrits a l’apartat de continguts de l’assignatura, és recomanable: un bon coneixement de programació, del funcionament d'un computador, del sistema operatiu a nivell d'usuari programador i de com s’envien missatges per la xarxa (Fonaments de Computadors, Programari de Sistema, Iniciació a la Programació).
Objectius
L'objectiu d'aquesta assignatura és conèixer els sistemes de còmput d’altes prestacions i paral·lels, sistemes multiprocessador i multicomputador, paradigmes de programació paral·lela, aprendre a desenvolupar aplicacions amb memòria compartida, introduir el concepte de pas de missatges i aplicacions en memòria distribuida i analitzar els prestacions d’execució d’aquestes aplicacions.
Els conceptes teòrics sobre paradigmes de programació, memòria compartida i pas de missatges, es reforça amb les sessions de problemes i pràctiques en les que els i les alumnes aprenen a programar utilitzant llenguatges de programació paral·lela.
Tots el components descrits en aquesta assignatura han de permetre a l'alumne comprendre el funcionament dels sistemes d’altes prestacions i paral·lels i, fins a cert punt, ser capaç de realitzar un disseny senzill d’una aplicació paral·lela i avaluar les seves prestacions.
Resultats d'aprenentatge
- KM08 (Explicar els principis fonamentals i les tècniques bàsiques de la programació paral·lela i concurrent.) Explicar els principis fonamentals i les tècniques bàsiques de la programació paral·lela i concurrent.
- SM08 (Optimitzar el rendiment d’aplicacions d’intel·ligència artificial utilitzant els models, paradigmes i llenguatges de programació paral·lela.) Optimitzar el rendiment d’aplicacions d’intel·ligència artificial utilitzant els models, paradigmes i llenguatges de programació paral·lela.
Continguts
Tema 1: Revisió de programació en C
Repàs de C i integració de codi C amb Python.
Tema 2: Conceptes bàsics
SIMD (Single Instruction, Multiple Data), MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data). Models d'aplicacions paral·leles.
Concurrència: concepte, condicions de carrera, regió crítica i mecanismes d'exclusió mútua.
Tema 3: Disseny i avaluació d'aplicacions paral·leles
Introducció als sistemes d'alt rendiment, sistemes paral·lels, multiprocessadors i multiordinadors.
Avaluar el rendiment de les implementacions paral·leles.
Tema 4: OpenMP
Aplicacions basades en memòria compartida. Estàndard OpenMP (Open Multiprocessing).
Tema 5: OpenACC – Cuda
Desenvolupament d'aplicacions utilitzant OpenACC and CUDA.
Tema 6: MPI
Aplicacions basades en el pas de missatges. Estàndard MPI (Message Passing Interface).
Activitats formatives i Metodologia
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Seminaris de Problemes | 11 | 0,44 | KM08, SM08 |
| Preparació dels laboratoris | 30 | 1,2 | KM08, SM08 |
| Teoria | 24 | 0,96 | KM08, SM08 |
| Preparación de seminaris | 30 | 1,2 | KM08, SM08 |
| Estudiants autònom | 30 | 1,2 | KM08, SM08 |
| Pràctiques de Laboratori | 10 | 0,4 | KM08, SM08 |
En el desenvolupament de l'assignatura es podran diferenciar quatre tipus d’activitats docents:
- Classes teòriques: exposició a la pissarra de la part teòrica de cada tema del programa. L'estructura típica d'una classe magistral d'aquest tipus serà la següent: en primer lloc es farà una introducció on es presentaran breument els objectius de l'exposició i els continguts a tractar. A continuació es desgranaran els continguts objecte d’estudi, incloent exposicions narratives, desenvolupaments formals que proporcionin els fonaments teòrics, i intercalant exemples, que il·lustrin l'aplicació dels continguts exposats. Finalment, el/la professor/a exposarà les conclusions dels continguts. Durant tot el curs hi hauran avaluacions continuades de grups de temes.
- Classes pràctiques. Tots els temes aniran acompanyats d'una relació de problemes que l'alumne ha d'intentar resoldre. En aquest sentit, i a mida que l'alumne vagi progressant i aprofondint en els seus coneixements, aquests problemes seran poc a poc més complexos. Els seminaris seran el fòrum natural en el qual es podrà discutir en comú el desenvolupament del treball pràctic, aportant els coneixements que li falten a l'estudiant per portar-lo endavant. La missió de les classes pràctiques és fer de pont entre les classes teòriques i classes en laboratori, que promourà la capacitat d'anàlisi i síntesi, el raonament crític, i que entrenarà l'estudiant en la resolució de problemes. Aquells que el/la professor/a consideri de major interès o en els que els/les alumnes trobin major dificultat seran corregits a la pissarra. Abans del començament de cada llista de problemes el/la professor/a podrà proposar una llista d’exercicis que els/les alumnes hauran de resoldre.
- Classes al laboratori. La part pràctica dels temes teòrics quedarà completada amb sessions de laboratori, on l'alumne desenvoluparà una sèrie de programes i haurà d'intentar resoldre un problema concret que rebrà al començar el temari. Alguns d’aquests exercicis s’hauran d’entregar a la classe en les dates específicades. Les pràctiques es desenvoluparan en grups de dos o tres alumnes. Les classes inclouen un mínim de 6 sessions al laboratori, de 2 hores de durada, on l’alumne realitzarà el desenvolupament dels exercicis.
Aquest plantejament del treball està orientat a promoure un aprenentatge actiu i a desenvolupar les competències de capacitat d'organització i planificació, comunicació oral i escrita, treball en equip i raonament crític. La qualitat dels exercicis realitzats, de la seva presentació i del seu funcionament es valorarà especialment.
Competències transversals:
Com s'ha mencionat abans, l'assignatura inclou com activitat docent la realització d'un treball que consisteix en el desenvolupament d'un article a la Vikepèdia i està orientat a comunicar eficientment per escrit, coneixements, resultats i habilitats, tant en entorns professionals com davant de públics no experts, fent un ús eficient deles TIC en la comunicaciói la transmissió d'idees.
La gestió de la docència de l'assignatura es farà a través del Campus Virtual, que servirà per poder veure els materials, gestionar els grups de pràctiques, fer els lliuraments corresponents, veure les notes, comunicar-vos amb els professors, etc.
Avaluació
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| 2n Control individual | 20% | 3 | 0,12 | KM08, SM08 |
| Avaluació de seminaris de problemes | 30% | 5 | 0,2 | KM08, SM08 |
| Pràctiques de Laboratori | 30% | 4 | 0,16 | KM08, SM08 |
| 1r Control individual | 20% | 3 | 0,12 | KM08, SM08 |
L'objectiu del procés d'avaluació és verificar que l'alumne ha assolit els coneixements i habilitats definits en els objectius de l'assignatura, així com les competències.
S’avaluaran quatre tipus d’activitats de manera independent on la suma ponderada d’elles donarà la nota final. Aquestes activitats són:
- Teoria (T)
- Resolució de les pràctiques de laboratori (PL)
- Realització d'exercicis pràctics (PA)
La part de Teoria (T) s’avaluarà amb dos controls parcials individuals durant tot el curs. La nota final de Teoria sortirà de la suma ponderada dels dos controls (0.5*Control 1 + 0.5*Control 2). Hi haurà una segona oportunitat per recuperar aquesta part el dia que tenim assignat a la setmana d'exàmens de recuperació de juny. Es podran recuperar per separat les parts que no hagin estat superades en els controls parcials de teoría. La nota mínima per aprovar aquesta part de Teoria és >= 5. A la recuperació només es pot recuperar els exàmens suspesos, no es pot pujar la nota obtinguda (en el cas d'aprovar la part de Teoria). La nota màxima que es pot obtenir a la recuperació és un 7.
La part de Resolució de pràctiques de laboratori (PL) s’avaluarà de manera grupal. Té tres lliuraments. La nota final sortirà de la suma ponderada dels tres lliuraments (X0*Lliurament 1 + X1*Lliurament 2 + X2*Lliurament 3, X0 + X1 + X2 = 1). Per aprovar les PL la nota mínima haurà de ser 5. Només hi ha una única oportunitat (no es pot recuperar aquesta part). Hi haurà 3 proves curtes i escrites de validació individual de les pràctiques en l'horari de classe (la tercera prova en l'horari establert per la coordinació pels segons parcials de juny). Nota projectes pràctics (PL) = Laboratori * Validació. Per aprovar les PL la nota mínima haurà de ser >=5. L'assistència és obligatòria.
Els exercicis pràctics (PA) es faran en grups de 2 persones i consistiran en treballar problemes de programació molt concrets alguns d'ells relacionats amb els que es trobaran a les pràctiques de laboratori. El valor d'aquests exercicis és del 30% de la nota final i donada la seva naturalesa i objectiu no són recuperables.
La nota final de l'assignatura serà la suma ponderada de les notes de cadascuna de les quatre activitats: 40% de Teoria, 30% Resolució d'exercicis pràctics individuals i 30% de Resolució de pràctiques de laboratori. El resultat per superar-la haurà de ser >= 5.
En cas de no superar l'assignatura per no arribar a la puntuació mínima en algun dels apartats (Teoria o Pràctiques de Laboratori), tot i que al fer la mitjana ponderada la nota final fos igual o superior a 5, la nota que es posarà a l'expedient serà de 4,5.
En cas de que la mitjana no arribi a 5 la nota que figurarà a l'expedient serà la nota mitjana obtinguda numèricament.
Si l'alumne entrega qualsevol activitat, s’entén que es presenta a l'assignatura i serà avaluat/da. Si no entrega cap activitat, llavors es pot considerar No avaluable.
Atorgar una qualificació de matrícula d’honor és decisió del professorat responsable de l’assignatura. La normativa de la UAB indica que les MH només es podran concedir a estudiants que hagin obtingut una qualificació final igual o superior a 9.00. Es pot atorgar fins a un 5% de MH del total d'estudiants matriculats.
Les dates d'avaluació continuada i lliurament de treballs es publicaran al campus virtual i poden estar subjectes a possibles canvis de programació per motius d'adaptació a possibles incidències; sempre s'informarà al campus virtual sobre aquests canvis ja que s’entén que el CV és el mecanisme habitual d'intercanvi d'informació entre el professorat i els/les estudiants.
Per a cada activitat d’avaluació, s’indicarà un lloc, data i hora de revisió en la que l'estudiant podrà revisar l’activitat amb el/la professor/a. En aquest context, es podran fer reclamacions sobre la nota de l’activitat, que seran avaluades pel professorat responsable de l’assignatura. Si l'estudiant no es presenta a aquesta revisió, no es revisarà posteriorment aquesta activitat.
RESUM
Si ( (T>=5) i (P>=5) aleshores
NF = 0.4*T + 0.3*PA + 0.3*PL
Si (NF>=5) aleshores APROVAT
Sino SUSPES
Estudiants repetidors: Els alumnes repetidors o repetidores que tinguin aprovades les pràctiques de laboratori poden demanar la convalidació d'aquesta part de l'assignatura. La resta d'activitats d'avaluació hauran de fer-les en les mateixes condicions que els/les altres estudiants.
Avaluació Única: Aquesta assignatura NO PREVEU AVALUACIÓ ÚNICA.
Nota sobre plagis:
Sense perjudici d'altres mesures disciplinàries que s'estimin oportunes, i d'acord amb la normativa acadèmica vigent, les irregularitats comeses per un o una estudiant que puguin conduir a una variació de la qualificació en una activitat avaluable es qualificaran amb un zero (0). Les activitats d'avaluació qualificades d'aquesta forma i per aquest procediment no seran recuperables. Si és necessari superar qualsevol d'aquestes activitats d'avaluació per aprovar l'assignatura, aquesta assignatura quedarà suspesa directament, sense oportunitat de recuperar-la en el mateix curs. Aquestes irregularitats inclouen, entre d'altres:
- la còpia total o parcial d'una pràctica, informe, o qualsevol altra activitat d'avaluació;
- deixar copiar;
- presentar un treball de grup no fet íntegrament pels i les membres del grup (aplicat a tots els i les membres, no solament als que no han treballat);
- presentar com a propis materials elaborats per un tercer, encara que siguin traduccions o adaptacions, i en general treballs amb elements no originals i exclusius de l'estudiant;
- tenir dispositius de comunicació (com telèfons mòbils, smart watches, bolígrafs amb càmera, etc.) accessibles durant les proves d'avaluació teorico-pràctiques individuals (exàmens);
- parlar amb companys o companyes durant les proves d'avaluació teorico-pràctiques individuals (exàmens);
- copiar o intentar copiar d'altres alumnes durant les proves d'avaluació teorico-pràctiques (exàmens);
- usar o intentar usar escrits relacionats amb la matèria durant la realització de les proves d'avaluació teorico-pràctiques (exàmens), quan aquests no hagin estat explícitament permesos.
En cas de no superar l'assignatura degut a que alguna de les activitats d'avaluació no arriba a la nota mínima requerida, la nota numèrica de l'expedient serà el valor menor entre 4.5 i la mitjana ponderada de les notes. Amb les excepcions de que s'atorgarà la qualificació de \"No Avaluable\" als i les estudiants que no participin en cap de les activitats d'avaluació, i deque la nota numèrica de l'expedient serà el valor menor entre 3.0 i la mitjana ponderada de les notes en cas que l'estudiant hagi comès irregularitats en un acte d'avaluació (i per tant no serà possible l'aprovat per compensació). En edicions futures d'aquesta assignatura, a l'estudiant que hagi comès irregularitats en un acte d'avaluació no se li convalidarà cap de les activitats d'avaluació realitzades.
En resum: copiar, deixar copiar o plagiar(o l'intent de) en qualsevol de les activitats d'avaluació equival a un SUSPENS, no compensable i sense convalidacions de parts de l’assignatura en cursos posteriors.
En aquesta assignatura, es permet l'ús de tecnologies d'Intel·ligència Artificial (IA) exclusivament en tasques de suport, com la cerca bibliogràfica o d’informació, la correcció de textos o les traduccions. L'estudiant haurà d'identificar clarament quines parts han estat generades amb aquesta tecnologia, especificar les eines emprades i incloure una reflexió crítica sobre com aquestes han influït en el procés i el resultat final de l’activitat. La no transparència de l’ús de la IA en aquesta activitat avaluable es considerarà falta d'honestedat acadèmica i pot comportar una penalització parcial o total en la nota de l'activitat, o sancions majors en casos de gravetat.
Bibliografia
- Parallel Programming Concepts and Practice. Bertil Schmidt, Jorge González-Domínguez, Christian Hundt, Moritz Schlarb. Morgan Kaufmann, 2018
- An Introduction to Parallel Programming, 2nd edition. Peter S. Pacheco. Morgan Kaufmann. 2018
- Programming Massively Parallel Processors, A Hands-on Approach. David B. Kirk, Wen-mei W. Hwu. Morgan Kaufmann. 3th Edition. 2018
- Computer Architecture. A quantitative approach. John L. Hennessy, David A. Patterson. Morgan Kaufmann. 6a edición. 2018
- Introduction to Parallel Computing. A. Grama et alter. Addison Wesley, Second Edition, 2003.
- Parallel Program Development For Cluster Computing: Methodology, Tools and Integrated Environments. Edited by J. C. Cunha, P. Kacsuk, S. C. Winter. Nova Science Publishers, Inc., 2001.
- Parallel Programming with MPI, Peter Pacheco, Morgan Kauffman, 1996
- OpenACC Programming and Best Practices Guide (https://www.openacc.org/sites/default/files/inline-files/OpenACC_Programming_Guide_0.pdf)
Programari
En aquest curs treballareu sobre clusters pròpis del Departament d'Arquitectura de Computadors i Sistemes Operatius, en conseqüència, necessitareu un client ssh per realitzar les connexions (integrat en qualsevol computador amb sistema operatiu Linux) i és molt recomable l'ús d'un entorn de desenvolupament que permeti la connexió remota (com el MobaXTerm per Windows [https://mobaxterm.mobatek.net/] o el Visual Studio Code per totes les plataformes [https://code.visualstudio.com/]).
Grups i idiomes de l'assignatura
La informació proporcionada és provisional fins al 30 de novembre. A partir d'aquesta data, podreu consultar l'idioma de cada grup a través d'aquest enllaç. Per accedir a la informació, caldrà introduir el CODI de l'assignatura
| Tipus de docència | Grup | Idioma | Semestre | Torn |
|---|---|---|---|---|
| (TE) Teoria | 1 | Anglès | primer quadrimestre | tarda |
| (PAUL) Pràctiques d'aula | 1 | Anglès | primer quadrimestre | tarda |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 1 | Anglès | primer quadrimestre | tarda |
| (PAUL) Pràctiques d'aula | 2 | Anglès | primer quadrimestre | tarda |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 2 | Anglès | primer quadrimestre | tarda |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 3 | Anglès | primer quadrimestre | tarda |