Wydział Informatyki - Informatyka (S1)
specjalność: Inżynieria komputerowa
Sylabus przedmiotu Akceleracja obliczeń:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Informatyka | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | pierwszego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | inżynier | ||
| Obszary studiów | charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Akceleracja obliczeń | ||
| Specjalność | Inżynieria komputerowa | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Architektury Komputerów i Telekomunikacji | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Piotr Dziurzański <Piotr.Dziurzanski@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Magdalena Szaber-Cybularczyk <Magdalena.Szaber@zut.edu.pl>, Mirosław Łazoryszczak <Miroslaw.Lazoryszczak@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 4,0 | ECTS (formy) | 4,0 |
| Forma zaliczenia | zaliczenie | Język | polski |
| Blok obieralny | 5 | Grupa obieralna | 1 |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Znajomość podstaw technik cyfowych |
| W-2 | Znajomość podstaw dowolnego języka opisu sprzętu |
| W-3 | Umiejętność programowania w języku C++ |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Nabycie umiejętności sprzętowej akceleracji obliczeń |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Zapoznanie się z budowaniem środowiska dla tworzenia aplikacji w OpenCL C na przykładzie dodawania wektorów | 2 |
| T-L-2 | Mnożenie macierzy w C/C++ i OpenCL C | 2 |
| T-L-3 | Pomiar czasu wykonania programu w heterogenicznym środowisku | 2 |
| T-L-4 | Dobór wektorowych typów danych w celu przyspieszenia obliczeń | 2 |
| T-L-5 | Filtracja obrazów z wykorzystaniem OpenCL C | 2 |
| T-L-6 | Synteza obrazów z wykorzystaniem OpenCL C | 4 |
| T-L-7 | Wprowadzenie do Vivado HLS | 2 |
| T-L-8 | Tworzenie akceleratorów sprzętowych w Vivado HLS | 2 |
| T-L-9 | Wykorzystanie bibliotek Vivado HLS C | 2 |
| T-L-10 | Zastosowanie AMBA AXI w akceleratorach sprzętowych | 4 |
| T-L-11 | Wykorzystanie OpenCV w Vivado HLS | 4 |
| T-L-12 | Zaliczenie laboratorium | 2 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Wprowadzenie do akceleracji sprzętowej | 2 |
| T-W-2 | Architektura GPU na przykładzie Nvidia | 2 |
| T-W-3 | CUDA – model programowania i model pamięci | 2 |
| T-W-4 | OpenCL – model platformy, model wykonawczy i model pamięci | 2 |
| T-W-5 | OpenCL C | 4 |
| T-W-6 | Tworzenia akceleratorów sprzętowych w Vivado HLS | 4 |
| T-W-7 | Biblioteki Vivado HLS C | 3 |
| T-W-8 | Standard ARM Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA) | 2 |
| T-W-9 | Wykorzystanie OpenCL w Vivado HLS | 2 |
| T-W-10 | Biblioteka OpenCV | 3 |
| T-W-11 | Zastosowanie OpenCV w Vivado HLS | 2 |
| T-W-12 | Zaliczenie wykładu | 2 |
| 30 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Przygotowanie do zajęć | 20 |
| A-L-2 | uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| 50 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Przygotowanie do zajęć | 18 |
| A-W-2 | uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-W-3 | Udział w konsultacjach | 2 |
| 50 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjny |
| M-2 | Wykład problemowy |
| M-3 | Metoda przypadków |
| M-4 | Ćwiczenia laboratoryjne |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca: Kolokwium |
| S-2 | Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca: Obrona napisanych programów |
Zamierzone efekty uczenia się - wiedza
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I_1A_D01.11.2_W01 Student zna podstawowe techniki tworzenia akceleratorów sprzętowych z wykorzystaniem układów GPU oraz FPGA | I_1A_W04, I_1A_W02 | — | — | C-1 | T-W-10, T-W-1, T-W-2, T-W-8, T-W-6, T-W-5, T-W-7, T-W-4, T-W-9, T-W-11, T-W-3 | M-1, M-2, M-3 | S-1 |
Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I_1A_D01.11.2_U01 Student potrafi projektować akceleratory sprzętowe z wykorzystaniem układów GPU oraz FPGA | I_1A_U02, I_1A_U06 | — | — | C-1 | T-L-8, T-L-2, T-L-4, T-L-3, T-L-1, T-L-11, T-L-5, T-L-6, T-L-7, T-L-10, T-L-9 | M-3, M-4 | S-2 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_1A_D01.11.2_W01 Student zna podstawowe techniki tworzenia akceleratorów sprzętowych z wykorzystaniem układów GPU oraz FPGA | 2,0 | nie spełnia wymogów na ocenę 3,0 |
| 3,0 | zna architekturę GPU oraz model programowania CUDA | |
| 3,5 | ak na ocenę 3,0 oraz zna podstawy OpenCL | |
| 4,0 | jak na ocenę 3,5 oraz rozumie zasady tworzenia akceleratorów sprzętowych w Vivado HLS z wykorzystaniem AXI | |
| 4,5 | jak na ocenę 4,0 oraz zna funkcje Vivado HLS C | |
| 5,0 | jak na ocenę 4,5 oraz zna podstawy OpenCV |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_1A_D01.11.2_U01 Student potrafi projektować akceleratory sprzętowe z wykorzystaniem układów GPU oraz FPGA | 2,0 | nie spełnia wymogów na ocenę 3,0 |
| 3,0 | potrafi napisać prosty program z wykorzystaniem model programowania CUDA | |
| 3,5 | jak na ocenę 3,0 oraz potrafi napisać prosty program z wykorzystaniem OpenCL | |
| 4,0 | jak na ocenę 3,5 oraz potrafi utworzyć prosty multimedialny system sprzętowo-programowy w Vivado HLS z wykorzystaniem AXI | |
| 4,5 | jak na ocenę 4,0 oraz potrafi wykorzystywać funkcje Vivado HLS C | |
| 5,0 | jak na ocenę 4,5 oraz potrafi korzystać z OpenCV w Vivado HLS |
Literatura podstawowa
- David R. Kaeli et al., Heterogeneous Computing with OpenCL 2.0, Morgan Kaufmann, 2015
- Xilinx Inc., Vivado Design Suite User Guide: High-Level Synthesis, 2014
- Adrian Kaehler, Gary Bradski, Learning OpenCV 3: Computer Vision in C++ with the OpenCV Library, O'Reilly Media, 2016
Literatura dodatkowa
- Sanjay Churiwala (Editor), Designing with Xilinx® FPGAs: Using Vivado, Springer, 2016
- J. Bhasker, A SystemC Primer, Second Edition, Star Galaxy Publishing, 2010
- Hasitha Muthumala Waidyasooriya, Masanori Hariyama, Kunio Uchiyama, Design of FPGA-Based Computing Systems with OpenCL, Springer, 2017