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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Carlos Vàzquez


PLAN DE COURS

Automne 2022
LOG645 : Architectures de calculs parallèles (3 crédits)





Préalables
Programme(s) : 7065,7070,7365,7610
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    LOG320    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 60,0 % 40,0 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
 Qualité visée dans ce cours  
Qn
   Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiante ou 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).

Note sur le préalable :
LOG320 Structures de données et algorithmes (4 cr.) pour les programmes de baccalauréat en génie logiciel, baccalauréat en génie des technologies de l’information et baccalauréat en informatique distribuée; ou
IND105 Architecture des microprocesseurs (3 cr.) pour le programme de baccalauréat en informatique distribuée.



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 Mardi 13:30 - 15:30 Laboratoire (Groupe A)
Mardi 15:30 - 17:30 Laboratoire (Groupe B)
Jeudi 13:30 - 17:00 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Kevin Lachance-Coulombe Activité de cours cc-Kevin.Lachance-Coulombe@etsmtl.ca A-4526
01 Émile Bolduc Laboratoire (Groupe A) emile.bolduc.1@ens.etsmtl.ca



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 ») (3 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 (3 heures)

Programmation sur GPGPU avec OpenCL/CUDA (12 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/CUDA (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 individuels (2) 10 %
Examen intra 30 %
Examen final 30 %
Laboratoires (4) 30 %

L'étudiant(e) doit avoir une moyenne d'au 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 en présence et aucune documentation n'est permise. Une calculatrice est permise.

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



Double seuil
Note minimale : 50



Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 9 novembre 2022



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

Aucun retard ne sera accepté pour les devoirs puisque ceux-ci sont corrigés en classe à la séance de cours suivant la date de remise.

Pour les laboratoires, la politique de retard est la suivante :

Retard de moins de 24 heures : perte de 5 % par heure jusqu'à concurrence 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
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, 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 ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » 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/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) 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

Aucune documentation obligatoire.



Ouvrages de références

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

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. 6e 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=17812 

Exemples de problèmes sur github : https://github.com/stonkie/Log645