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Afficher les qualités de l'ingénieur

École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Carlos Vàzquez

PLAN DE COURS

Hiver 2018
LOG645 : Architectures de calculs parallèles (3 crédits)

Préalables
Aucun préalable requis

Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8

Qualités de l'ingénieur

Q10

Q11

Q12

Qualité visée dans ce cours

Qualité visée dans un autre cours

Indicateur enseigné

Indicateur évalué

Indicateur enseigné et évalué

Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiant aura vu les architectures parallèles modernes, aura acquis et appliqué une méthodologie de conception d’algorithme parallèle ainsi que les techniques d’analyse de performance des systèmes informatique parallèles.

Architectures parallèles modernes : multi-cœurs, multiprocesseurs, grilles de calculs et multi-ordinateurs. Classification de Flynn des architectures parallèles : SIMD, MIMD, MISD et MIMD. Méthodologie de conception d’algorithmes parallèles : partitionnement, communication, agglomération et répartition. Modèles de programmation parallèle : modèle à mémoire partagée, modèle par passage de messages et modèle hybride. Techniques d'analyses quantitatives de programmes parallèles : métriques de performance (temps d’exécution, coût, efficacité, accélération, loi d'Amdahl) et analyse d'extensibilité. Communication interprocessus, problème d’exclusion mutuelle et outils de synchronisation (sémaphores, moniteurs, barrières).

Objectifs du cours

Sensibiliser l'étudiant aux différents aspects de la conception d'algorithmes parallèles et des difficultés posées par le calcul parallèle.

Permettre à l'étudiant d'acquérir les principales techniques de développement parallèle.

Permettre à l'étudiant d'acquérir les notions conceptuelles reliées aux architectures multiprocesseurs et multicoeurs.

Stratégies pédagogiques

Le cours se divise en deux parties, la première sous forme magistrale de trois (3) heures et demie par semaine, pour une durée de treize (13) semaines. L'autre partie se tiendra dans le laboratoire et sera de deux (2) heures par semaine, comprenant douze (12) séances de laboratoire. Elle permettra à l'étudiant de mettre en pratique les concepts vus en classe.

Utilisation d’appareils électroniques

Aucun enregistrement (photographie, film ou audio) ne sera toléré.

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Mercredi	13:30 - 17:00	Activité de cours
	Jeudi	13:30 - 17:30	Laboratoire (2 sous-groupes)

Coordonnées de l’enseignant

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Carlos Vàzquez	Activité de cours	Carlos.Vazquez@etsmtl.ca	A-4472	Sous rendez-vous

Cours

Introduction au traitement parallèle, classification des architectures parallèles, modèles de programmation parallèle (3 heures[1])

Architecture matérielle des machines parallèles (3 heures)

Méthodes de conception des algorithmes parallèles (3 heures)

Aspect quantitatif dans la conception d’un algorithme parallèle (3 heures)

Programmation avec MPI (« Message Passing Interface ») (6 heures)

Programmation avec Posix-Thread (PThread) (3 heures)

Programmation avec OpenMP (3 heures)

Débogage et optimisation des algorithmes parallèles (3 heures)

Analyse de dépendance dans les algorithmes parallèles (6 heures)

Programmation sur GPGPU avec OpenCL (6 heures)

[1] Ces heures sont des heures approximatives d’enseignement pour chaque sujet et incluent le temps alloué à l’examen intra-trimestriel. L'ordre des sujets pourrait être changé.

Laboratoires et travaux pratiques

Analyse et conception d'algorithmes parallèles (6 heures)

Programmation parallèle avec OpenMP (4 heures)

Programmation parallèle avec MPI (8 heures)

Programamtion parallèle avec OpenCL (6 heures)

L’objectif principal des laboratoires est de familiariser l’étudiant avec les techniques du traitement parallèle et de ses avantages. Pour faire, les laboratoires commenceront par une proposition d’une solution séquentielle à un problème, puis la transformation de cette proposition en solution parallèle, et évaluer l’efficacité des deux approches. Tout au long de ces travaux, les bonnes techniques de programmation parallèle seront présentées et mises en œuvre.

NOTE : Si vous éprouvez des difficultés techniques avec le matériel des laboratoires du département, s.v.p. communiquez le problème à support-logti@etsmtl.ca.

Utilisation d'outils d'ingénierie

Les laboratoires sont développés avec le langage C/C++ dans un environnement UNIX/Windows.

Évaluation

Devoirs individuelles (2)	10 %
Examen intra	30 %
Examen final	30 %
Laboratoires (4)	30 %

L'étudiant(e) doit avoir une moyenne d¹au moins 50% dans les travaux individuels (examens intra, final et devoirs) afin de réussir le cours. Cette condition est nécessaire mais non suffisante.

Les deux (2) examens sont sans documentation et seule une calculatrice est permise. Pour les questions à choix multiples, une mauvaise réponse annule une bonne réponse.

Les quatre (4) laboratoires sont réalisés en équipes de deux (2) étudiant(e)s.

Dates des examens intra

Groupe(s)	Date
1	28 février 2018

Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux

Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Veuillez respecter la procédure de remise, de même que les échéances fixées :

Retard de moins de 24 heures : perte de 20 %;
Retard de plus de 24 heures, mais moins de 48 heures (inclus) : perte de 40 %;
Retard de plus de 48 heures : perte de 100 %.

Absence à un examen
• Pour les départements à l'exception du SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

• Pour SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence auprès de son enseignant. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet. À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Documentation obligatoire

FOSTER, I., Designing and Building Parallel Programs. Addison-Wesley Publishing Company, 1995.

FOSTER, I., GROPP, W., KENNEDY, K., WHITE, A., DONGARRA, J., FOX, G., TORCZON, L., Sourcebook of Parallel Computing. Morgan Kaufmann, 2003.

QUINN, M.J., Parallel programming in C with MPI and OpenMP. McGraw-Hill, 2004.

LIN, C. & L. SNYDER, Principles of Parallel Programming. Addison-Wesley Publishing Company, 2008.

David B. Kirk, Wen-mei W. Hwu, Programming Massively Parallel Processors, Second Edition: A Hands-on Approach, Morgan Kaufmann; 2 edition, 2012

Ouvrages de références

PACHECO, PETER, An Introduction to Parallel Programming, Morgan Kaufmann; 1 edition, 2011

Matthew Scarpino, OpenCL in Action, Manning Publications Co., 2012

GENGLER, M., UBÉDA, S. et DESPREZ, F., Initiation au parallélisme : Concepts, architectures et algorithmes. Masson, 1996.

COULOURIS, G., DOLLIMORE, J. & KINDBERG, T., Distributes Systems: Concepts and Design. 4th Ed., Addison-Wesley Publishing Company, 2005.

SILBERSCHATZ, A., GALVIN, P.B. et GAGNE, G., Principes des systèmes d'exploitation avec Java. 6^e Ed., Vuibert, 2008.

LEWIS, B. & D.J. BERG, Multithreaded Programming with PThreads. Sun Microsystems, 1998.

Multithreaded Programming Guide. Sun Microsystems Inc., 1994.

SNIR, M., S.O. STEVEN., H.L. DAVID WALKER & J. DONGARRA, MPI: The Complete Reference. The MIT Press, 1996.

GROPP, W., E. LUSK & A. SKJELLUM, Using MPI. The MIT Press, 1999.

GROPP, W., E. LUSK & A. SKJELLUM, Using MPI-2. The MIT Press, 1999.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Certains documents pertinents au cours (mémos, exercices, solutionnaires, énoncés de laboratoires, fichiers d'exemples, etc.) seront placés régulièrement sur le site Web du cours. Il est de la responsabilité de l'étudiant de le consulter.

Site de cours: https://ena.etsmtl.ca/course/view.php?id=7268