Computational Engineering 2 [CE 2 V]

Dozent/in:

Dietmar Fey

Angaben:

Vorlesung, 2 SWS, benoteter Schein, ECTS: 2,5, nur Fachstudium, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen

Termine:

Di, 14:15 - 15:45, 01.150-128

Studienrichtungen / Studienfächer:

PF CE-BA-G 2
WPF CBI-MA 1
WPF CBI-MA 2
WPF CBI-MA 3

Inhalt:

Im Fokus der Lehrveranstaltung steht die sog. Simulations-Pipeline des Computational Enineering. Sie beginnt mit der mathematischen Modellbildung eiunes ingenieurwissensschaftlichen Problems, sie setzt sich fort mit der Abbildung und Programmierung des Modells auf einem Parallerechner und endet z.B. mit der Visualisierung der errechneten Simulationsergebnisse. Die Übungen sind dazu da, die Methoden am Computer zu implementieren und damit zu "experimentieren". Die vorlesung vermittelt dazu einen Einblick in folgende für die erwähnte Pipeline relevanten Themengebiete.

• Finite Differenzen Methode und deren Umsetzung

• Numerische Verfahren zur Lösung von Gleichungen und Integrationsmethoden

• Performanz-Messungen und Optimierungen

• Signalanalyse mit fourier-Transformationen

• Ausgewählte Beispiele aus den Bereichen Autonomes Fahren und der Astrophysik
  

Computational Engineering 2 - Übung [CE 2 UE]

Dozent/in:

Philipp Suffa

Angaben:

Übung, 2 SWS, Schein, ECTS: 2,5, nur Fachstudium, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen

Termine:

Mo, 14:15 - 15:45, 00.152-113
Mi, 10:15 - 11:45, 00.152-113

Studienrichtungen / Studienfächer:

WPF CBI-MA 1
WPF CBI-MA 2
WPF CBI-MA 3
PF CE-BA-G 2

Computer Architectures for Medical Applications [CAMA]

Dozentinnen/Dozenten:

Dietmar Fey, Gerhard Wellein

Angaben:

Vorlesung, 2 SWS, ECTS: 2,5, nur Fachstudium, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen

Termine:

Do, 12:15 - 13:45, 01.255-128

Studienrichtungen / Studienfächer:

WPF MT-MA-BDV ab 1
WPF MT-BA-BV ab 5
WPF MT-MA ab 1

CPU Entwurf mit VHDL [CPU]

Dozent/in:

Philipp Holzinger

Angaben:

Vorlesung, 4 SWS

Termine:

Mi, 14:15 - 15:45, 00.152-113
Do, 12:15 - 13:45, 00.152-113

Studienrichtungen / Studienfächer:

WPF INF-BA-V-RA 4-6
WPF INF-MA 1-4
WPF INF-LAG 1-7
WF CE-MA 1-3
WPF ICT-MA-ES 1-4

Die Geschichte der Rechentechnik [GRT]

Dozent/in:

Felix Schmutterer

Angaben:

Seminar, 2 SWS, benoteter Schein, ECTS: 5, für Anfänger geeignet, nur Fachstudium, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen

Termine:

Do, 10:15 - 11:45, Zoom-Meeting

Studienrichtungen / Studienfächer:

WPF INF-BA ab 2
WPF CE-BA-SEM ab 2
WPF CE-MA-SEM ab 1
WPF INF-MA ab 1

Voraussetzungen / Organisatorisches:

• Anmeldung per StudOn
• Vortrag und anschließende Diskussion
• Erstellung einer Ausarbeitung mit den wesentlichen Punkten des Vortrags
• Anwesenheit bei den Vorträgen der anderen Teilnehmer

Lernziele und Kompetenzen:
Die Studierenden …
• recherchieren und arbeiten mit historischen Quellen und wissenschaftlicher Literatur aus den Bereichen Informatik und Geschichte
• beschreiben Aspekte der Rechentechnik
• erarbeiten sich die Fähigkeit, wichtige Aspekte für einen wissenschaftlichen Vortrag darzustellen und strukturieren diesen
• vertreten ihre Auffassung in einer Diskussion und hinterfragen ihr Thema
• konzipieren und formulieren eine schriftliche Zusammenfassung des Vortrags

Inhalt:

Gegenstand des Seminars sind die „Meilensteine der Rechentechnik“ – ausgehend vom 19. Jahrhundert. Diese einschneidenden Entwicklungen von Rechenmaschinen zu ersten Werkzeugen der Datenverarbeitung werden zunächst den Ausgangspunkt bilden. „Turingmaschinen“ und die neuen „Bedürfnisse“ von Militär – wie etwa Chiffrierung und De-Chiffrierung – werden dann zentrale Themen des Seminars bilden. Im Fokus steht dabei stets die Funktionsweise der Maschinen. Darüber hinaus werden die Rechner konsequent im Kontext ihrer Zeit diskutiert werden. Insbesondere wird dabei auf die steigenden Anforderungen und die veränderlichen Einsatzmöglichkeiten – wie etwa im Falle der Enigma – einzugehen sein.
Die genauen Themen werden zu Semesterbeginn festgelegt. Die Themenliste kann beim Dozenten erfragt werden.

Übung zu Geschichte der Rechentechnik [ÜGRT]

Dozent/in:

Felix Schmutterer

Angaben:

Übung, 2 SWS, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen

Termine:

Do, 12:15 - 13:45, Zoom-Meeting

Grundlagen der Rechnerarchitektur und -organisation [GRa]

Dozent/in:

Dietmar Fey

Angaben:

Vorlesung, 2 SWS, nur Fachstudium, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen

Termine:

Fr, 10:15 - 11:45, H7

Studienrichtungen / Studienfächer:

WF INF-LAG 4
PF INF-BA 2
PF IuK-BA 2

Inhalt:

Ziel der Vorlesung ist, die Grundlagen beim Aufbau eines Rechners zu vermitteln. Dies beinhaltet die Grundkomponenten, wie das Leitwerk, das Rechenwerk, das Speicherwerk und das Ein-/Ausgabewerk. Ausgehend vom klassischen von Neumann-Rechner wird der Bogen bis zu den Architekturen moderner Rechner und Prozessoren geschlagen.

Grundprinzipien der Ablaufstuerung bei der Berarbeitung von Befehlen werden ebenso behandelt wie Aufbau und Funktionsweise eines Caches und die Architektur von Speichern im Allgemeinen. Das Konzept der Mikroprogrammierung wird erläutert. Ferner wird der Einstieg in die hardwarenahe Programmierung moderner CPUs mittels Assembler vorgestellt und erprobt. Aufbau und Funktionsweise peripherer Einheiten und Bussysteme werden ebenfalls behandelt.

Die Studierenden sollen am Ende der Vorlesung den Aufbau und die Funktionsweise der Architektur eines Rechners, z.B. eines PCs, und des darin enthaltenen Prozessors nicht nur kennen, sondern auch die Gründe für deren Zustandekommen verstanden haben.

Empfohlene Literatur:

Hennessy/Patterson: Computer Architecture - A quantitative approach, 4.Auflage, 2006, MorganKaufmann.
Patterson/Hennessy: Computer Organization & Design, 4.Auflage, 2008, MorganKaufmann.
Stallings, Computer Organization & Architecture, 8.Auflage, 2009, Prentice Hall.
Märtin, Rechnerarchitekturen, 2001, Fachbuchverlag Leipzig.

Übungen zu Grundlagen der Rechnerarchitektur und -organisation [ÜGRa]

Dozentinnen/Dozenten:

Sebastian Rachuj, Tobias Baumeister

Angaben:

Übung, 2 SWS, ECTS: 2,5

Studienrichtungen / Studienfächer:

PF INF-LAG 2-4
PF INF-BA 2
PF IuK-BA 2

Tutorium zu Grundlagen der Rechnerarchitektur und -organisation [TutGRa]

Dozent/in:

Sebastian Rachuj

Angaben:

Tutorium, 2 SWS

Studienrichtungen / Studienfächer:

PF INF-BA 2
PF INF-LAG ab 2
PF IuK-BA 2

Voraussetzungen / Organisatorisches:

Das Tutorium dient dazu, einen betreuten Rahmen zur Bearbeitung der Bonusaufgaben anzubieten.

Heterogene Rechnerarchitekturen Online [HETRON]

Dozentinnen/Dozenten:

Dietmar Fey, Philipp Holzinger

Angaben:

Vorlesung, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen, Online-Vorlesung

Termine:

Online-Vorlesung

Studienrichtungen / Studienfächer:

WPF MT-BA-BV 4
WPF MT-MA-BDV 2
WPF INF-BA 4
WPF INF-BA-V-RA 4
WPF INF-MA 2
WPF MT-MA 2
WF CE-BA-TW ab 4

Kolloquium für Doktoranden und Diplomanden [DoKoll]

Dozent/in:

Dietmar Fey

Angaben:

Kolloquium, 2 SWS, nur Fachstudium

Termine:

Do, 9:30 - 11:45, 07.150

Voraussetzungen / Organisatorisches:

Für Doktoranden und Diplomanden
Kein Scheinerwerb

Masterprojekt Rechnerarchitektur [MAPRA]

Dozentinnen/Dozenten:

Marc Reichenbach, Dietmar Fey

Angaben:

Praktikum, ECTS: 10, nur Fachstudium

Termine:

nach Vereinbarung

Studienrichtungen / Studienfächer:

WPF INF-MA ab 1

Voraussetzungen / Organisatorisches:

• Anmeldung per Email oder persönlich

• Grundkenntnisse Rechnerarchitektur

• Kenntnisse in einer Programmiersprache (vorzugsweise C oder C++)

• Bevorzugt sollten die Themen in kleinen Gruppen von 2-3 Studierenden bearbeitet werden

Inhalt:

Je nach Ausrichtung werden verschiedenste Aspekte der Prozessortechnik von Softwareprogrammierung bis hin zu Hardwareentwicklung betrachtet. Grundsätzlich können alle Abschlussarbeiten des Lehrstuhls , auch in abgewandelter Form, bearbeitet werden.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit das Masterprojekt thematisch im Rahmen der angebotenen Praktika auszurichten:

• Smart Camera Praktikum

• Praktikum Parallele Rechnerarchitekturen
  

Ebenso sind auch eigene Themenvorschläge willkommen.

Schlagwörter:

Master Praktikum, Rechnerarchitektur, Hardware, embedded, multicore

Neuartige Rechnerarchitekturen [NeuRa]

Dozentinnen/Dozenten:

Philipp Holzinger, Simon Pfenning, Dietmar Fey

Angaben:

Hauptseminar, 4 SWS, ECTS: 5

Termine:

Di, 12:15 - 13:45, 07.150

Studienrichtungen / Studienfächer:

WPF INF-BA-SEM ab 4
WPF INF-MA ab 1
WPF CE-BA-SEM ab 3
WPF CE-MA-SEM ab 3
WPF MT-BA ab 3
WPF MT-MA ab 1
WF AI-MA ab 1

Inhalt:

Die Entwicklung moderner CPUs hat eine interessante Evolution durchlaufen. Angefangen bei einfachen Single-Core CPUs wurde zunächst die Taktschraube immer weiter nach oben gedreht. Als dies aus thermischem Grund nicht weiter möglich war, wurden Parallelrechner aus ihrer akademischen Nische vertrieben und zum Allgemeingut eines jeden Informatikers. Neuere Entwicklungen zeigen nun den Einsatz von heterogenen Rechnerarchitekturen, also die Verbindung verschiedener Recheneinheiten wie CPUs, GPUs, FPGAs, um mittels Spezialhardware anfallende Aufgaben schneller und energieeffizienter lösen zu können. Neueste Forschungsansätze hingegen versuchen nun auch den Hauptspeicher eines Rechners "intelligent" zu machen und Prozessoren direkt in den Speicher zu integrieren - sogenanntes in- oder near-memory-Computing.
Ziel dieses Moduls ist das Kennen, Verstehen, Verwenden, Vergleichen,und Evaluieren verschiedener Rechnerarchitekturen von der Multi-Core CPU bis zum FPGA-Near-Memory-Beschleuniger. Anhand praktischer Anwendungen (z.B. Neuronale Netze, Bildverarbeitung, Autonomes Fahren) können die Architekturen erprobt werden. Hierzu wird jedem Teilnehmenden ein Thema/Architektur zur Bearbeitung übertragen, welche sie/er selbstständig wissenschaftlich in einer schriftlichen Ausarbeitung und didaktisch in einem Vortrag aufarbeitet und präsentiert.

Fachkompetenz
Wissen
Lernende können Wissen über die Grundprinzipien moderner Rechnerarchitekturen (Intel, ARM CPUs; AMD, Nvidia GPUs; FPGAs, Beschleunigerkerne) wiedergeben.

Verstehen
Lernende verstehen die Grundprinzipien der Datenverarbeitung der einzelnen Architekturen; im Speziellen verstehen sie ob und warum eine vorgegebene Architektur besonders gut für die Lösung eines Problems geeignet ist. Lernende verstehen die unterschiedlichen Ansätze zum Parallelismus der vorgestellten Architekturen.

Anwenden
Lernende sind in der Lage Anwendungen auf den vorgegebenen Architekturen z.B. durch Programmierung umzusetzen. Hierzu erklären Studierende wie die Parallelisierungstechniken in bestehenden Architekturen eingesetzt werden.

Evaluieren (Beurteilen)
Lernende evaluieren die Eignung von Architekturen, um bestimmte Probleme effizient auf diese Abbilden zu können.

Sozialkompetenz
Lernende können komplexe fachbezogene Inhalte klar und zielgruppengerecht präsentieren und eigene Standpunkte in einer Fachdiskussion argumentativ vertreten.

Project on Accelerating Machine Learning and HPC on Cloud FPGAs (cFProj) [cFProj]

Dozent/in:

Burkhard Ringlein

Angaben:

Praktikum, 8 SWS, ECTS: 10, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen, auch als Masterprojekt in Informatik anrechenbar

Termine:

Mo, 10:00 - 11:30, 07.150

Supercomputing Praktikum [SuCoPra]

Dozent/in:

Christian Widerspick

Angaben:

Praktikum, 8 SWS, benoteter Schein, ECTS: 10

Termine:

Mi, 12:00 - 14:00, 02.153
Di, 13:00 - 15:00, 02.153
Der Termin kann nach Absprache geändert werden.
ab 29.3.2022
Vorbesprechung: Dienstag, 29.3.2022, 14:00 - 16:00 Uhr, Zoom-Meeting

Voraussetzungen / Organisatorisches:

Grundkenntnisse im Umgang mit UNIX Systemen sowie Programmierung in C bzw. C++

Inhalt:

• Komponenten eines Supercomputers und deren Zusammenspiel

• typische Applikationen und Tuning von diesen

• Administration, Monitoring, Debugging

Die Studierenden...

• haben alle notwendigen Kompetenzen erworben um bei der Student Cluster Competition der SC oder ISC teilzunehmen,

• können einem Cluster-Computer ingenieursmäßig planen und zusammenbauen,

• die besondere Hardware-Architekturen, die sich in HPC-Systemen finden, verstehen und konfigurieren,

• Applikationen installieren, ausmessen & optimieren,

• den Zustand des Systems überwachen und es gegebenenfalls reparieren.

Supercomputing-Praktikum Übung [SuCoPra-Ü]

Dozent/in:

Christian Widerspick

Angaben:

Übung, ECTS: 5, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen

Termine:

Zeit/Ort n.V.

Studienrichtungen / Studienfächer:

WPF INF-BA-PR ab 3

Übung zu Computer Architectures for Medical Applications [ÜCAMA]

Dozentinnen/Dozenten:

Simon Pfenning, Gerhard Wellein

Angaben:

Übung, ECTS: 2,5, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen

Termine:

Mo, 10:15 - 11:45, 0.01-142 CIP

Übungen zu CPU Entwurf mit VHDL [ÜCPU]

Dozentinnen/Dozenten:

Thomas Schlögl, Philipp Suffa, Philipp Holzinger

Angaben:

Übung, 2 SWS, nur Fachstudium

Termine:

Di, Mi, 10:00 - 12:00, 02.153
ab 3.5.2022

Studienrichtungen / Studienfächer:

WPF INF-BA-V-RA 4-6
WPF INF-MA 1-4
WPF INF-LAG 1-7
WPF INF-BA 3
WPF ICT-MA-ES 1-4