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Seminar Verteilte Systeme: Konzepte und Technologien für verteiltes Rechnen

Semester
Sommersemester 2017
Sommersemester 2022Sommersemester 2021Sommersemester 2020Sommersemester 2019Sommersemester 2016Sommersemester 2015Sommersemester 2014
StudiengängeInformatik Master, Informations-Systemtechnik Master, Computational Sciences in Engineering Master, Wirtschaftsinformatik Bachelor, Informatik Bachelor, Informations-Systemtechnik Bachelor, , Wirtschaftsinformatik Bachelor
ArtSeminar
Dozent
Photo
Prof. Dr. Christian Werner
Privatdozent
cwerner[[at]]ibr.cs.tu-bs.de
+41 58 257 42 39
Raum 170
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 BOINCProf. 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.

  • Proceedings of the Second International Conference BOINC-based High Performance Computing: Fundamental Research and Development (BOINC:FAST 2015). Petrozavodsk, Russia, September 14-18, 2015 (Online-Ressource, abgerufen am 02.01.2017)
B2Verteiltes Rechnen auf Grafikprozessoren mithilfe der OpenCL-SchnittstelleProf. 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.

  • Khronos Group: The open standard for parallel programming of heterogeneous systems (Online-Ressource, abgerufen am 02.01.2017)
B3Verteiltes Rechnen auf Grafikprozessoren mithilfe der CUDA-SchnittstelleProf. 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.

  • NVIDIA: CUDA runtime API v8.0 (Online-Ressource, abgerufen am 02.01.2017)
B4Verteiltes Rechnen mit dem Message Passing Interface (MPI) am Beispiel OpenMPIProf. 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.

  • OpenMPI-Projekt-Webseite: A High Performance Message Passing Library (Online-Ressource, abgerufen am 02.01.2017)

M5Einführung in Beschreibung und Simulation verteilter Algorithmen mit SystemC, Veriolog und VHDLProf. 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.

  • IEEE: SystemC-Standard IEEE 1666-2005 (Online-Ressource, abgerufen am 02.01.2017)
  • Harald Flügel: FPGA-Design mit Verilog. Oldenbourg, München 2010, ISBN 978-3-486-59234-4
  • Paul Molitor, Jörg Ritter: VHDL – Eine Einführung. Pearson-Studium, München 2004, ISBN 3-8273-7047-7

M6Verteiltes Rechnen auf FPGAs – Einführung und Überblick über den Stand der TechnikProf. 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!

Termine
[ Kalender abonnieren | Kalender herunterladen ]
11.04.2017, 17:00 Uhr
Offizielle Themenvergabe -- Kick-Off (IZ Raum 105)
18.04.2017, 16:00 Uhr
Abgabe einer ersten Gliederung
16.05.2017, 16:00 Uhr
Zwischengespräch hat stattgefunden
06.06.2017, 12:00 Uhr
Abgabe der vollständigen Ausarbeitung
06.06.2017, 17:00 Uhr
Ausgabe Ausarbeitung für die Reviews an die Teilnehmer
13.06.2017, 12:00 Uhr
Abgabe der Reviews durch die Teilnehmer
13.06.2017, 17:00 Uhr
Ausgabe der Reviews an die Teilnehmer
20.06.2017, 16:00 Uhr
Abgabe der finalen Ausarbeitung
27.06.2017, 16:00 Uhr
Abgabe einer ersten Version der Folien
04.07.2017, 12:00 Uhr
Abgabe der finalen Folien
07.07.2017, 10:00 Uhr
Blockveranstaltung mit Vorträgen
Literatur/Links

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

  • How to Give an Academic Talk, Paul N. Edwards, School of Information, University of Michigan

Für die Literaturrecherche könnten diese Links hilfreich sein:

  • ACM Digital Library
  • IEEE Xplore
  • Network Bibliography
  • Citeseer (Research Index) citation index
  • Google Scholar

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

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


aktualisiert am 14.07.2020, 15:34 von Prof. Dr. Christian Werner

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