TU BRAUNSCHWEIG
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Informatikzentrum

Seminar Verteilte Systeme: Konzepte und Technologien für verteiltes Rechnen

Studieng.Master Informatik, Master Informations-Systemtechnik, Master Computational Sciences in Engineering, Bachelor Wirtschaftsinformatik, Bachelor Informatik, Bachelor Informations-Systemtechnik, , Bachelor Wirtschaftsinformatik
ArtSeminar
Dozent
PhotoPD Dr. Christian Werner
Privatdozent
cwerner[[at]]ibr.cs.tu-bs.de
Raum 169
LP5
SWS0+2
ScheinerwerbSchriftliche Ausarbeitung und erfolgreicher Seminarvortrag. Die Note wird abhängig von der aktiven Teilnahme am Seminar sowie der Qualität des Vortrages und der Ausarbeitung bestimmt.
Anmeldung Bitte beachten Sie die Hinweise zum Seminarvergabeverfahren unter https://www.tu-braunschweig.de/informatik-bsc/struktur/index.html (Menüpunkt Seminarvergabe, Bachelor) und https://www.tu-braunschweig.de/informatik-msc/struktur/index.html (Menüpunkt Seminarvergabe, Master).
Inhalt

Überblick

Leistungsverbünde zur Beschleunigung der Berechnungen sind in vielen Anwendungsgebieten von größter Relevanz (Bioinformatik, Wetterprognosen, Simulation, Rendering etc.). In diesem Seminar geht es um Konzepte und Technologien für verteiltes Rechnen. Die Seminarteilnehmerinnen und Teilnehmer gewinnen hier einen Überblick über die technischen Grundlagen und können Praxisbeispiele aus den für sie interessanten Anwendungsgebieten auswählen und in ihren Seminararbeiten vorstellen.

Die Themen B1 bis B4 sind primär für Bachelor- und die Themen M5 und M6 für Master-Studierende gedacht. Bei abweichender Nachfrage können die Themen aber ggf. noch angepasst werden, so dass weitere Bachelor- bzw. Master-Studierende am Seminar teilnehmen können.

Einzelthemen

NrThemaBetreuer
B1Verteiltes Rechnen mit BOINCPD Dr. Christian Werner

Grid-Computing-Lösungen basieren darauf, dass eine ausreichende Menge an Computer-Ressourcen den Abnehmern bei Bedarf zur Verfügung gestellt werden kann. Neben geschlossenen Grid-Verbünden, wie sie z.B. im Rahmen der D-Grid-Initiative entstanden sind, gibt es auch lose organisierte Verbünde. Im Rahmen dieser Seminararbeit, soll das Projekt Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC) betrachtet werden und die Einsatzmöglichkeiten dieser Software für wissenschaftliche Zwecke herausgearbeitet werden. Mindestens eine Beispielspielanwendung, die auf BOINC aufsetzt, soll prototypisch implementiert und im Seminar vorgestellt werden.

B2Verteiltes Rechnen auf Grafikprozessoren mithilfe der OpenCL-SchnittstellePD Dr. Christian Werner

Die OpenCL-Schnittstelle ermöglicht es einem Anwendungsentwickler, die Rechenleistung des Grafikprozessors für allgemeine Rechenaufgaben mit zu Verwendung, so dass die Ausführungsgeschwindigkeit des Codes im Vergleich zur Ausführung allein auf der CPU erheblich gesteigert werden kann. Im Rahmen dieser Seminararbeit soll die Architektur einer typischen GPU vorgestellt werden und die Programmierung der OpenCL-Schnittstelle vorgestellt werden. Es soll mindestens eine Beispielanwendung prototypisch realisiert und im Seminar vorgestellt werden.

B3Verteiltes Rechnen auf Grafikprozessoren mithilfe der CUDA-SchnittstellePD Dr. Christian Werner

Ähnlich wie OpenCL ermöglicht CUDA einem Anwendungsentwickler, die Rechenleistung des Grafikprozessors für allgemeine Rechenaufgaben mit zu Verwendung, so dass die Ausführungsgeschwindigkeit des Codes im Vergleich zur Ausführung allein auf der CPU erheblich gesteigert werden kann. Die CUDA-Technologie unterscheidet sich von OpenCL dadurch, dass es eine herstellerspezifische Lösung für NVIDIA-Grafikkarten ist, die allerdings eine hohe Marktdurchdringung aufweist und daher für praktische Anwendungen durchaus Relevanz hat. Im Rahmen dieser Seminararbeit sollen die konzeptionellen Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen OpenCL und CUDA herausgearbeitet werden. Es soll mindestens eine Beispielanwendung mit CUDA prototypisch realisiert und im Seminar vorgestellt werden.

B4Verteiltes Rechnen mit dem Message Passing Interface (MPI) am Beispiel OpenMPIPD Dr. Christian Werner

Das Message Passing Interface ermöglicht es einem Anwendungsentwickler, die Ressourcen eines Rechner-Clusters effizient einzusetzen. Es kommt bei vielen Supercomputing-Anwendungen zum einsatz. Im Rahmen dieser Seminararbeit soll die Programmierung gegen das MPI zunächst konzeptionell vorgestellt werden und darauf aufbauend ein eigenes Programm mittels OpenMPI realisiert werden. Im Poolraum G40 steht eine OpenMPI-Umgebung zur Verfügung. Insbesondere ist die Leistungssteigerung in Abhängigkeit zu der Cluster-Knoten-Anzahl zu analysieren.

M5Einführung in Beschreibung und Simulation verteilter Algorithmen mit SystemC, Veriolog und VHDLPD Dr. Christian Werner

Die Sprachen SystemC, Verilog und VHDL bieten Entwicklern die Möglichkeit, verteilte Algorithmen sowohl zu simulieren und als applikationsspezifischer Schaltkreis zu realisieren. Sowohl konzeptionell als auch anhand eines gemeinsamen Anwendungsbeispiels sollen die Sprachen gegenübergestellt und ihre spezifischen Vor- und Nachteile herausgearbeitet werden.

M6Verteiltes Rechnen auf FPGAs – Einführung und Überblick über den Stand der TechnikPD Dr. Christian Werner

In dieser Seminararbeit soll die FPGA-Technolgie den Seminarteilnehmern vorgestellt werden. Für mindestens einen verteilten Algorithmus (Beispiel kann selbst gewählt werden) soll in einer der unter M5 aufgeführten Sprachen ein kompletter Einwicklungszyklus, einschließlich Simulation und Hardwaresynthese durchgeführt und in der Seminararbeit erläutert werden. Die FPGA-Technologie soll auf dieser Grundlage hinsichtlich ihrer Relevanz für praktische Projekte bewertet und mit anderen Realisierungsvarianten verglichen werden.

  • Harald Flügel: FPGA-Design mit Verilog. Oldenbourg, München 2010, ISBN 978-3-486-59234-4

Ablauf

Auch in diesem Semester wird es wieder eine gegenseitige Begutachtung der Ausarbeitungen durch die Teilnehmer des Seminars geben. Das bedeutet, dass jeder Teilnehmer nach der Abgabe der finalen Version seiner Ausarbeitung zwei Ausarbeitungen anderer Teilnehmer erhält, zu denen er ein kleines Gutachten (Review) schreiben muss. Dieses Review soll sowohl positive als auch negative Kritik enthalten und dazu beitragen, dass die Ausarbeitung weiter verbessert wird. Für die Erstellung der Reviews wird es eine entsprechende Vorlage geben, die ausgefüllt werden muss.

Hinweise

Die Ausarbeitungen sind jeweils als PDF-Datei abzuliefern. Der Umfang der Ausarbeitungen muss dabei 12 bis 15 Seiten umfassen, für den Vortrag selbst sind minimal 18, maximal 22 min. angesetzt. Jeder Teilnehmer des Seminars erhält Basisliteratur zu seinem jeweiligen Thema. Darüber hinaus sollte jeder Teilnehmer zusätzlich eine selbständig Recherche, z.B. im Internet durchführen. Der Betreuer steht hierbei jederzeit gerne hilfreich zur Seite.

Aufgrund entsprechender Erfahrungen soll auch noch auf die Selbstverständlichkeit hingewiesen werden, dass die Ausarbeitung in eigenen Worten erfolgen muss und das durch den elektronischen Bezug von Literatur verleitete Copy&Paste von Textpassagen ein Verstoß gegen die Prüfungsordnung darstellt.

Eine LaTeX-Vorlage für die Ausarbeitung sowie entsprechende Hinweise hierzu sind hier zu finden.

Weitere Hinweise für die Gestaltung der Ausarbeitung finden sich auf den Webseiten des IBR.

Als Präsentationsvorlage kann dieses PowerPoint-Template (PPT) bzw. PowerPoint-Template (PPTX)oder dieses OpenOffice-Template verwendet werden.

Selbstverständlich existiert auch eine Vorlage für Latex, basierend auf Beamer: Beamer Beispiel mit TU-Logo [PDF].

Jeder Seminarteilnehmer bekommt auf Wunsch einen Account für die Rechner des Instituts.

ACHTUNG: Die u.g. Zeit- und Raumangaben sind vorläufig! Diese können sich aufgrund von Schwierigkeiten bei der Studenplanung und/oder Raumreservierung noch ändern. Bitte prüfen Sie auf dieser Seite kurz vor Beginn der Vorlesungszeit noch einmal alle Angaben und berücksichtigen Sie etwaige Änderungen!

Termin(e)
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DatumBeschreibung
11.04.2017, 17:00 UhrOffizielle Themenvergabe -- Kick-Off (IZ Raum 105)
18.04.2017, 16:00 UhrAbgabe einer ersten Gliederung
16.05.2017, 16:00 UhrZwischengespräch hat stattgefunden
06.06.2017, 12:00 UhrAbgabe der vollständigen Ausarbeitung
06.06.2017, 17:00 UhrAusgabe Ausarbeitung für die Reviews an die Teilnehmer
13.06.2017, 12:00 UhrAbgabe der Reviews durch die Teilnehmer
13.06.2017, 17:00 UhrAusgabe der Reviews an die Teilnehmer
20.06.2017, 16:00 UhrAbgabe der finalen Ausarbeitung
27.06.2017, 16:00 UhrAbgabe einer ersten Version der Folien
04.07.2017, 12:00 UhrAbgabe der finalen Folien
07.07.2017, 10:00 UhrBlockveranstaltung mit Vorträgen
Literatur/Links

Im World-Wide-Web gibt es verschiedene Hinweise zur Gestaltung von Seminarvorträgen. Als besonders beachtenswert gilt:

Für die Literaturrecherche könnten diese Links hilfreich sein:

Hier noch ein paar Tipps+Tricks zu (La)TeX

Die Folien der Themenvergabe sind hier als PDF-Dokument zu finden.


aktualisiert am 02.01.2017, 21:38 von PD Dr. Christian Werner
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