Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Informatyki - Informatyka (S1)
specjalność: Inżynieria systemów informacyjnych

Sylabus przedmiotu Akceleracja obliczeń:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Informatyka
Forma studiów studia stacjonarne Poziom pierwszego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta inżynier
Obszary studiów nauki techniczne, studia inżynierskie
Profil ogólnoakademicki
Moduł —
Przedmiot Akceleracja obliczeń
Specjalność Inżynieria komputerowa
Jednostka prowadząca Katedra Architektury Komputerów i Telekomunikacji
Nauczyciel odpowiedzialny Piotr Dziurzański <Piotr.Dziurzanski@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Magdalena Szaber-Cybularczyk <Magdalena.Szaber@zut.edu.pl>, Mirosław Łazoryszczak <Miroslaw.Lazoryszczak@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 3,0 ECTS (formy) 3,0
Forma zaliczenia zaliczenie Język polski
Blok obieralny 7 Grupa obieralna 1

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
wykładyW7 30 1,50,50zaliczenie
laboratoriaL7 30 1,50,50zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Technika cyfrowa
W-2Architektura systemów komputerowych
W-3Programowanie 2

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Nabycie umiejętności sprzętowej akceleracji obliczeń z wykorzystaniem Vivado HLS.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Zapoznanie z Vivado HLS2
T-L-2Tworzenie akceleratorów z wykorzystaniem bibliotek Vivado HLS C6
T-L-3Tworzenie akceleratora sprzętowego dla systemu opartego na Microblaze CPU z wykorzystaniem AXI-Lite4
T-L-4Zastosowanie Xilinx AXI Central DMA Controller2
T-L-5Tworzenie interfejsu master/slave z wykorzystaniem Full AXI4
T-L-6Wykorzystanie modułów poziomu RTL4
T-L-7Tworzenie akceleratorów z wykorzystaniem OpenCL4
T-L-8Synteza modułów SystemC2
T-L-9Zaliczenie laboratorium2
30
wykłady
T-W-1Wprowadzenie do tworzenia akceleratorów sprzętowych w Vivado HLS1
T-W-2Niewspierane konstrukcje C1
T-W-3Biblioteki Vivado HLS C1
T-W-4Arbitrary Precision Data Types1
T-W-5Biblioteka HLS Stream1
T-W-6Biblioteka Math1
T-W-7HLS Video Library1
T-W-8HLS IP Libraries1
T-W-9HLS Linear Algebra1
T-W-10Standard ARM Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA)3
T-W-11Wprowadzenie do GPU i OpenCL6
T-W-12Wykorzystanie OpenCL w HLS2
T-W-13Wprowadzenie do SystemC6
T-W-14Synteza SystemC w Vivado HLS2
T-W-15Zaliczenie wykładu2
30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Przygotowanie do zajęć6
A-L-2uczestnictwo w zajęciach30
A-L-3Udział w zaliczeniu i konsultacjach2
38
wykłady
A-W-1Przygotowanie do zajęć6
A-W-2uczestnictwo w zajęciach30
A-W-3Udział w zaliczeniu i konsultacjach2
38

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny
M-2Wykład problemowy
M-3Metoda przypadków
M-4Ćwiczenia laboratoryjne

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca: Kolokwium
S-2Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca: Obrona napisanych programów

Zamierzone efekty kształcenia - wiedza

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
I_1A_D01.11.2_W01
Student zna podstawowe techniki tworzenia akceleratorów sprzętowych w Vivado HLS		I_1A_W04, I_1A_W02——C-1T-W-14, T-W-5, T-W-6, T-W-2, T-W-13, T-W-12, T-W-1, T-W-4, T-W-15, T-W-3, T-W-10, T-W-11, T-W-8, T-W-9, T-W-7M-2, M-1, M-3S-1

Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
I_1A_D01.11.2_U01
Student potrafi projektować akceleratory sprzętowe w Vivado HLS		I_1A_U02, I_1A_U06——C-1T-L-4, T-L-3, T-L-8, T-L-7, T-L-2, T-L-9, T-L-1, T-L-6, T-L-5M-4, M-3S-2

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
I_1A_D01.11.2_W01
Student zna podstawowe techniki tworzenia akceleratorów sprzętowych w Vivado HLS		2,0nie spełnia wymogów na ocenę 3,0.
3,0zna podstawowe zagadnienia związane z projektowaniem akceleratorów w HLS, w tym magistralę AXI Lite.
3,5jak na ocenę 3,0 oraz zna oraz podstawy OpenCL.
4,0jak na ocenę 3,5 oraz zna funkcje biblioteki Vivado HLS C.
4,5jak na ocenę 4,0 oraz zna podstawy Full AXI.
5,0jak na ocenę 4,5 oraz zna podstawy SystemC.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
I_1A_D01.11.2_U01
Student potrafi projektować akceleratory sprzętowe w Vivado HLS		2,0nie spełnia wymogów na ocenę 3,0.
3,0potrafi zaprojektować w Vivado prosty akcelerator dla Microblaze CPU wykorzystujący AXI Lite.
3,5jak na ocenę 3,0 oraz potrafi wykorzystać OpenCL w projektowaniu akceleratorów w Vivado.
4,0jak na ocenę 3,5 oraz potrafi wykorzystać biblioteki Vivado HLS C do konstrukcji akceleratorów.
4,5jak na ocenę 4,0 oraz potrafi korzystać z Full AXI przy tworzeniu akceleratorów w Vivado.
5,0jak na ocenę 4,5 oraz potrafi tworzyć moduły akceleratora w SystemC.

Literatura podstawowa

  1. Xilinx Inc., Vivado Design Suite User Guide: High-Level Synthesis, 2014
  2. David C. Black, SystemC: From the Ground Up, Second Edition, Springer, 2014
  3. Hasitha Muthumala Waidyasooriya,‎ Masanori Hariyama,‎ Kunio Uchiyama, Design of FPGA-Based Computing Systems with OpenCL, Springer, 2017

Literatura dodatkowa

  1. Sanjay Churiwala (Editor), Designing with Xilinx® FPGAs: Using Vivado, Springer, 2016
  2. David R. Kaeli et al., Heterogeneous Computing with OpenCL 2.0, Morgan Kaufmann, 2015
  3. J. Bhasker, A SystemC Primer, Second Edition, Star Galaxy Publishing, 2010

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Zapoznanie z Vivado HLS2
T-L-2Tworzenie akceleratorów z wykorzystaniem bibliotek Vivado HLS C6
T-L-3Tworzenie akceleratora sprzętowego dla systemu opartego na Microblaze CPU z wykorzystaniem AXI-Lite4
T-L-4Zastosowanie Xilinx AXI Central DMA Controller2
T-L-5Tworzenie interfejsu master/slave z wykorzystaniem Full AXI4
T-L-6Wykorzystanie modułów poziomu RTL4
T-L-7Tworzenie akceleratorów z wykorzystaniem OpenCL4
T-L-8Synteza modułów SystemC2
T-L-9Zaliczenie laboratorium2
30

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Wprowadzenie do tworzenia akceleratorów sprzętowych w Vivado HLS1
T-W-2Niewspierane konstrukcje C1
T-W-3Biblioteki Vivado HLS C1
T-W-4Arbitrary Precision Data Types1
T-W-5Biblioteka HLS Stream1
T-W-6Biblioteka Math1
T-W-7HLS Video Library1
T-W-8HLS IP Libraries1
T-W-9HLS Linear Algebra1
T-W-10Standard ARM Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA)3
T-W-11Wprowadzenie do GPU i OpenCL6
T-W-12Wykorzystanie OpenCL w HLS2
T-W-13Wprowadzenie do SystemC6
T-W-14Synteza SystemC w Vivado HLS2
T-W-15Zaliczenie wykładu2
30

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Przygotowanie do zajęć6
A-L-2uczestnictwo w zajęciach30
A-L-3Udział w zaliczeniu i konsultacjach2
38
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Przygotowanie do zajęć6
A-W-2uczestnictwo w zajęciach30
A-W-3Udział w zaliczeniu i konsultacjach2
38
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaI_1A_D01.11.2_W01Student zna podstawowe techniki tworzenia akceleratorów sprzętowych w Vivado HLS
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówI_1A_W04Ma wiedzę w zakresie programowania systemów komputerowych, zna podstawowe paradygmaty programowania i wiodące języki programowania.
I_1A_W02Posiada wiedzę w zakresie projektowania, analizy i implementacji algorytmów, struktur danych oraz konstrukcji programistycznych, zna podstawowe problemy algorytmiczne występujące w obszarze informatyki.
Cel przedmiotuC-1Nabycie umiejętności sprzętowej akceleracji obliczeń z wykorzystaniem Vivado HLS.
Treści programoweT-W-14Synteza SystemC w Vivado HLS
T-W-5Biblioteka HLS Stream
T-W-6Biblioteka Math
T-W-2Niewspierane konstrukcje C
T-W-13Wprowadzenie do SystemC
T-W-12Wykorzystanie OpenCL w HLS
T-W-1Wprowadzenie do tworzenia akceleratorów sprzętowych w Vivado HLS
T-W-4Arbitrary Precision Data Types
T-W-15Zaliczenie wykładu
T-W-3Biblioteki Vivado HLS C
T-W-10Standard ARM Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA)
T-W-11Wprowadzenie do GPU i OpenCL
T-W-8HLS IP Libraries
T-W-9HLS Linear Algebra
T-W-7HLS Video Library
Metody nauczaniaM-2Wykład problemowy
M-1Wykład informacyjny
M-3Metoda przypadków
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca: Kolokwium
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0nie spełnia wymogów na ocenę 3,0.
3,0zna podstawowe zagadnienia związane z projektowaniem akceleratorów w HLS, w tym magistralę AXI Lite.
3,5jak na ocenę 3,0 oraz zna oraz podstawy OpenCL.
4,0jak na ocenę 3,5 oraz zna funkcje biblioteki Vivado HLS C.
4,5jak na ocenę 4,0 oraz zna podstawy Full AXI.
5,0jak na ocenę 4,5 oraz zna podstawy SystemC.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaI_1A_D01.11.2_U01Student potrafi projektować akceleratory sprzętowe w Vivado HLS
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówI_1A_U02Potrafi zaplanować i zrealizować eksperymenty w zakresie oceny wydajności, złożoności, efektywności systemów informatycznych i ich składowych.
I_1A_U06Potrafi rozwiązywać podstawowe problemy algorytmiczne z uwzględnieniem ich złożoności posługując się kluczowymi językami programowania.
Cel przedmiotuC-1Nabycie umiejętności sprzętowej akceleracji obliczeń z wykorzystaniem Vivado HLS.
Treści programoweT-L-4Zastosowanie Xilinx AXI Central DMA Controller
T-L-3Tworzenie akceleratora sprzętowego dla systemu opartego na Microblaze CPU z wykorzystaniem AXI-Lite
T-L-8Synteza modułów SystemC
T-L-7Tworzenie akceleratorów z wykorzystaniem OpenCL
T-L-2Tworzenie akceleratorów z wykorzystaniem bibliotek Vivado HLS C
T-L-9Zaliczenie laboratorium
T-L-1Zapoznanie z Vivado HLS
T-L-6Wykorzystanie modułów poziomu RTL
T-L-5Tworzenie interfejsu master/slave z wykorzystaniem Full AXI
Metody nauczaniaM-4Ćwiczenia laboratoryjne
M-3Metoda przypadków
Sposób ocenyS-2Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca: Obrona napisanych programów
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0nie spełnia wymogów na ocenę 3,0.
3,0potrafi zaprojektować w Vivado prosty akcelerator dla Microblaze CPU wykorzystujący AXI Lite.
3,5jak na ocenę 3,0 oraz potrafi wykorzystać OpenCL w projektowaniu akceleratorów w Vivado.
4,0jak na ocenę 3,5 oraz potrafi wykorzystać biblioteki Vivado HLS C do konstrukcji akceleratorów.
4,5jak na ocenę 4,0 oraz potrafi korzystać z Full AXI przy tworzeniu akceleratorów w Vivado.
5,0jak na ocenę 4,5 oraz potrafi tworzyć moduły akceleratora w SystemC.