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Chair of Computer Science 3 (Hardware Architectures)
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Computational Engineering 2 [CE 2 V] -
- Lecturer:
- Dietmar Fey
- Details:
- Vorlesung, 2 cred.h, graded certificate, ECTS: 2,5, nur Fachstudium, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen
- Dates:
- Tue, 14:15 - 15:45, 01.150-128
- Fields of study:
- PF CE-BA-G 2
WPF CBI-MA 1
WPF CBI-MA 2
WPF CBI-MA 3
- Contents:
- 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
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Computational Engineering 2 - Übung [CE 2 UE] -
- Lecturer:
- Philipp Suffa
- Details:
- Übung, 2 cred.h, certificate, ECTS: 2,5, nur Fachstudium, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen
- Dates:
- Mon, 14:15 - 15:45, 00.152-113
Wed, 10:15 - 11:45, 00.152-113
- Fields of study:
- WPF CBI-MA 1
WPF CBI-MA 2
WPF CBI-MA 3
PF CE-BA-G 2
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Grundlagen der Rechnerarchitektur und -organisation [GRa] -
- Lecturer:
- Dietmar Fey
- Details:
- Vorlesung, 2 cred.h, nur Fachstudium, für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen
- Dates:
- Fri, 10:15 - 11:45, H7
- Fields of study:
- WF INF-LAG 4
PF INF-BA 2
PF IuK-BA 2
- Contents:
- 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.
- Recommended literature:
- 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.
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Übungen zu Grundlagen der Rechnerarchitektur und -organisation [ÜGRa] -
- Lecturers:
- Sebastian Rachuj, Tobias Baumeister
- Details:
- Übung, 2 cred.h, ECTS: 2,5
- Fields of study:
- PF INF-LAG 2-4
PF INF-BA 2
PF IuK-BA 2
| | | Mon | 8:30 - 10:00 | 01.150-128 | |
Rachuj, S. | |
| | Mon | 14:15 - 15:45 | 01.150-128 | |
Baumeister, T. | |
| | Mon | 16:15 - 17:45 | 02.133-113 | |
Kob, Th. | |
| | Tue | 10:15 - 11:45 | 00.152-113 | |
Rachuj, S. | |
| | Tue | 12:15 - 13:45 | 02.133-113 | |
Baumeister, T. | |
| | Tue | 14:15 - 15:45 | 00.152-113 | |
Rambach, P. | |
| | Wed | 16:15 - 17:45 | 0.151-115 | |
Bauer, S. | |
| | Thu | 8:15 - 9:45 | 02.134-113 | |
Fischer, J. | |
| | Thu | 12:15 - 13:45 | 00.151-113 | |
Hofmann, S. | |
| | Thu | 16:15 - 17:45 | 07.150 | |
Hofmann, S. | |
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Masterprojekt Rechnerarchitektur [MAPRA] -
- Lecturers:
- Marc Reichenbach, Dietmar Fey
- Details:
- Praktikum, ECTS: 10, nur Fachstudium
- Dates:
- nach Vereinbarung
- Fields of study:
- WPF INF-MA ab 1
- Prerequisites / Organisational information:
- 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
- Contents:
- 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:
Ebenso sind auch eigene Themenvorschläge willkommen.
- Keywords:
- Master Praktikum, Rechnerarchitektur, Hardware, embedded, multicore
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Neuartige Rechnerarchitekturen [NeuRa] -
- Lecturers:
- Philipp Holzinger, Simon Pfenning, Dietmar Fey
- Details:
- Hauptseminar, 4 cred.h, ECTS: 5
- Dates:
- Tue, 12:15 - 13:45, 07.150
- Fields of study:
- 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
- Contents:
- 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.
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Supercomputing Praktikum [SuCoPra] -
- Lecturer:
- Christian Widerspick
- Details:
- Praktikum, 8 cred.h, graded certificate, ECTS: 10
- Dates:
- Wed, 12:00 - 14:00, 02.153
Tue, 13:00 - 15:00, 02.153
Der Termin kann nach Absprache geändert werden.
starting 29.3.2022
Preliminary meeting: Tuesday, 29.3.2022, 14:00 - 16:00 Uhr, Zoom-Meeting
- Prerequisites / Organisational information:
- Grundkenntnisse im Umgang mit UNIX Systemen sowie Programmierung in C bzw. C++
- Contents:
- 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.
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