Arquitectura de computadores

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Arquitectura de Computadores - Código 22966

Carlos Jaime Barrios Hernández - ( c b a r r i o s  @   u i s . e d u . c o )

Auxiliatura Técnica-Académica : Equipo de Ingenieria de Supercomputación y Cálculo Científico

PRESENTACION

El diseño, desarrollo e innovación son palabras que corresponden a la actividad de un ingeniero, cualquiera que sea su área de trabajo. Desde un punto de vista ingenieril la tecnología, es el fruto de la concepción y desarrollo del conocimiento, utilizando herramientas y proyectando una utilidad, incluyendo el diseño de nuevas herramientas. Como ingenieros de sistemas esas herramientas son las máquinas computacionales, las cuales evolucionan con la actualización del conocimiento, que involucra la explotación de nuevos materiales, nuestra capacidad de abstracción y las perspectivas de desarrollo (mas que las necesidades).

Si bien el componente técnico/tecnológico de la asignatura arquitecturas de computadores es importante, el solo hecho de utilizar la palabra “arquitectura” involucra una percepción hacia la concepción, el diseño y la organización de los elementos que integran un sistema de cómputo (no solo una máquina computadora), como es la interacción con otros sistemas y con los humanos, observando tendencias, factibilidad, requerimientos de rendimiento, limitaciones tecnológicas y físicas, impacto ambiental entre otros. Aunque la frontera con el conocimiento que involucra otras áreas como la ingeniería electrónica, la física de materiales o la matemática aplicada es frágil, el curso esta dirigido a estudiantes de ingeniería de sistemas y ciencias de la computación, buscando ofrecer fundamentos de arquitectura de sistemas computacionales desde una ubicación histórica. De ahí que se complementen con lecturas acerca del estado del arte en cada una de las secciones propuestas para este curso.

El propósito fundamental de esta asignatura durante el presente semestre es establecer un estado de conocimientos fundamentales en arquitectura de computadores, que permita manejar el lenguaje técnico asociado, ubicar temporalmente el desarrollo tecnológico, conociendo el estado del arte en esta área y fundamentar conocimientos que permitan el auto-aprendizaje y profundización en el área, además de la interacción en equipos interdisciplinarios que requieran competencias en arquitectura de sistemas computacionales.

Contenido

1. Introducción y Fundamentos de Arquitectura de Sistemas de Cómputo
   1. Arquitectura, Organización y Diseño de Sistemas de Cómputo
   2. Desarrollo histórico – Ubicación histórica actual
   3. Clases de Computadoras
   4. Abstracción y Tecnología de Computación – Tendencias
   5. Desempeño
   6. Casos de Estudio
2. Instrucciones y Aritmética para Computador
   1. Fundamentos de Instrucciones para Computador
      1. Operaciones y Operandos de Hardware de Computadoras
      2. Representación de Instrucciones
      3. Operaciones Lógicas
      4. Instrucciones para la toma de decisiones
      5. Soporte de Procedimientos a nivel de Hardware
      6. Comunicaciones
      7. Arquitectura MIPS
      8. Introducción Paralelismo I – Paralelismo de Instrucciones y el problema de la sincronización
      9. Algunos Aspectos Avanzados
         1. Aspectos Arquitecturales de Compilación
         2. Fundamentos de Diseño Lógico
         3. Mapeo de Hardware
      10. Casos de Estudio
   2. Introducción y Fundamentos de Aritmética para Computador
      1. Adición y substracción
      2. Multiplicación y División
      3. Introducción al Paralelismo II – Aritmética de computadores y el problema de la asociatividad.
      4. Casos de Estudio
3. Organización y Diseño Arquitectural de Sistemas de Cómputo
   1. Fundamentos de Organización y Diseño
   2. Aspectos Básicos de Procesadores
      1. Aspectos Lógicos de Diseño
      2. Pipeline y Control
      3. Paralelismo y Escalabilidad
      4. Casos de Estudio
   3. Fundamentos de Memoria
      1. Fundamentos de Organización y Diseño
      2. Jerarquía de Memoria
      3. Casos de Estudio
   4. Aspectos Básicos de Almacenamiento
   5. Aspectos Básicos de Comunicaciones y Conectividad
      1. Conectividad Interna
      2. Interconectividad y Redes (Introducción)
   6. Fundamentos de I/O, Gráficas e Interfaces
   7. Casos de Estudio
4. Tendencias y Direcciones Futuras
   1. Arquitecturas Híbridas
   2. Arquitecturas Reconfigurables
   3. Aspectos Energéticos, Ecológicos y Ambientales
   4. Arquitecturas Escalables, de Gran Escala y Ecosistemas
   5. ARMS (Advanced RISC Architectures) y Computadores Embebidos.
   6. EXASCALE y otras direcciones

ASPECTOS METODOLOGICOS

• Seminarios Teóricos
• Seminarios Magistrales
• Seminarios con Invitados
• Sesiones Teórico Prácticas / Análisis de Casos
• Lecturas Sugeridas (En español y en Inglés)
• Webminars y Videoconferencias

MATERIAL DEL CURSO

El material presentado, fundamentalmente son las diapositivas presentadas durante las sesiones tanto teóricas como los talleres. Es importante resaltar que la mayoría del material se encuentra en inglés. Esto con el fin de acostumbrar la consulta en inglés, debido a que las especificaciones y la bibliografía y fuentes de información "de punta" en tecnología están estandarizadas en inglés. Es posible que existan algunos errores de escritura.  Estas diapositivas son principalmente de las sesiones Teóricas (Desde el I Semestre de 2016) y los artículos presentados por los estudiantes a partir del primer semestre de 2016.

Presentación del Curso:

• 1-2016

Del Tema 1 del Contenido:

• Abstracción
• Evolución Histórica
• Evaluación de Desempeño

Del Tema 2 del Contenido:

• Aritmética Computacional
• Instrucciones Computacionales
• Multinúcleos y Paralelísmo: Una introducción
• Introducción al Ensamblador

Del Tema 3 del Contenido:

• Redes y Conectividad
• Systems on Chip
• Almacenamiento e I/O s
• RISC, CISC y Variaciones
• Arquitecturas Reconfigurables y Embebidas

EVALUACIONES (1 Semestre de 2017)

Los exámenes escritos se realizarán en las horas de clase

1. Evaluación Escrita No. 1 (20%) TEMA 1 (Sin material de apoyo, Individual).  Fecha propuesta:  Martes  25 de Abril de 2017

• Se recomienda tener hoja de examen y responder con lapicero, no con lápiz.
• No se permite ningún tipo de comunicación entre estudiantes.

2. Evaluación Escrita  No. 2 (20%) TEMA 2  (Con material de apoyo, individual).  Fecha propuesta: Martes 6 de Junio de 2017

• Principalmente el tema 2, pero puede incluirse conocimientos del tema del contenido 1.
• Tenga en cuenta las recomendaciones dadas para el anterior mensaje.
• Pueden usar computador portátil, pero no comunicarse electrónicamente.

3. Evaluación Escrita No.3  (20%) TEMA 3  (Con material de apoyo, Por Parejas).  Fecha propuesta: Martes 18 de Julio de 2017 Nueva Fecha Extendida: Martes 25 de Julio de 2017, en hora de clase

• Principalmente el tema 3, pero se pueden incluir conocimientos vistos en los temas 2 y 3.
• Incluye una pregunta de los artículos entregados y expuestos por los grupos (Normalmente es una pregunta evidente realizada durante la exposición).

4. Artículo Final de Aplicación (20%) Fecha de Entrega: Viernes 7 de Julio de 2017 a las 19:00 (7:00pm) Fecha Extendida: Viernes 14 de Julio a las 13:00 (1:00pm) en formato pdf

El artículo responderá a un proyecto de aplicación que se distribuirá antes del receso de semana santa y se debe tener en cuenta la estructura del mismo (introducción, estado del arte, contenido en el cual se desarrollará en sí el trabajo, resultados (experimentación si la hat), gráficas, figuras y tablas (si son necesarias), conclusiones, bibliografía y fuentes de información. Pueden guiarse viendo el siguiente ejemplo aquí

• 12 (doce) Páginas en Español  (mínimo 8 páginas), Título y Resumen (abstract) en español y en  inglés (máximo 10 lineas).
• Formato IEEE en una columna para series de conferencias http://www.ieee.org/conferences_events/conferences/publishing/templates.html
• 2 (dos) o (3) tres autores por artículo, de acuerdo a la asignación (igualmente distribuidos por el profesor). NO SON MODIFICABLES
• Temáticas Distribuídas por el Profesor

El artículo debe entregarse en un único archivo .pdf enviándolo al correo del profesor, indicando en el asunto: ENTREGA ARTICULO FINAL ARQUITECTURA. Recuerde que la fecha de entrega esta indicada en el calendario de evaluaciones.

5. Presentación del Artículo de Aplicación (20%): Martes 11 de Julio de 2017 Fecha Extendida: Martes 18 y Miércoles 19 de Julio de 2017 en Hora de clase.

• 7 Minutos estrictos de presentación. Mas allá de este tiempo será penalizado en la nota.
• Puede estructurarse en formato libre, pero deben usarse diapositivas.
• El orden de presentación de los grupos será dado el lunes 17 de Julio en este sitio.

NOTAS DEFINITIVAS 2007-1

Las notas definitivas a continuación corresponden al semestre 2007-1. Tenga en cuenta que las prácticas suman hasta 0.5 en la nota de cada parcial asociado. Lo que aparece en rojo es porque no se entregó. Lo que aparece en rojo subrayado es prque se hizo de manera erronéa o representa una inconcistencia (copia, trabajo mal hecho, etc). Las prácticas que no se presentaron dentro de las condiciones dadas (interválo de tiempo, formato en .pdf) igualmente se penalizan. Las prácticas escritas aparecen como T.E.

TEMATICAS DE PROYECTOS

Temáticas de Proyectos 2017-1

Observando la asignación de grupos de la siguiente tabla y observando las contribuciones de sus colegas en las temáticas de proyectos del 2016-2, de acuerdo a la asignación dada, responda las preguntas dadas, aportando una nueva contribución a la que hicieron sus compañeros de ese semestre 2016-2, por ejemplo, adicionando nuevos elementos, marcando un diferencial entre el artículo de ellos y su artículo.

Tabla de asignación de Grupos (Y orden de sustentación, si no hay voluntarios)

Nro	Nombre	Código	Grupo/Temática 2017-1
1	Anderson Guio Roa	2131848	1
2	Cristian Jordano Martinez Alvarez	2112424
3	Edwin Alfonso Vesga Arias	2142613	2
4	Estefany Andrea Espinosa Herrera	2143683
5	Fabian Andres Leon Perez	2140180	3
6	Fabio Andres Geney Barros	2140178
7	Franklin Samuel Sierra Jerez	2142640	4
8	Gabriel De jesus Alvarez Tejada	2103657
9	Jesus Daniel Rangel Celis	2142636	5
10	John Alejandro Agudelo Holguin	2130096
11	Jorge Andres Hernandez Delgado	2141404	6
12	Jorge Andres Hernandez Pabon	2122485
13	Juliana Carolina Roman Bueno	2142661	7
14	Kelly Johanna Gonzalez Mantilla	2141410
15	Laura Marcela Ramirez Patiño	2130064	8
16	Lenin Eduardo Guerrero Hernandez	2092028
17	Leyston Alexander Oñate Lizarazo	2141354	9
18	Liseth Viviana Jaimes Alquichire	2130094
19	Margarita Juliana Garcia Nuñez	2130061	10
20	Michael Andres Tapias Caceres	2111750
21	Sergio Andres Agudelo Molina	2142656	11
22	Viviana Andrea Maldonado Beltran	2141392
23	Yeison David Lopez Camacho	2142606	14
24	Yesid Alfonso Gutierrez Guate	2142632

Temáticas 2016-2

Grupo 1:Connecting Processors, Memory and I/O Devices (Conectado Procesadores, Memoria y Dispositivos de Entrada y Salida)

Los subsistemas de un sistema computacional tienen tanto interfaces como protocolos que permiten precisamente la interacción entre todos ellos. Aunque tradicionalmente se han manejado “buses”, hoy en dia existen otro tipo de maneras de conectar que se asemejan más a las redes modernas. (Ver página 582 – Bibliografía 1). Teniendo en cuenta que tanto las redes como los buses conectan componentes y dispositivos de manera similar, indique si es cierta o no cada una de las siguientes afirmaciones: 1. Las redes y buses de entrada y salida son casi siempre estandarizadas y 2. Las redes y buses de entrada y salida son casi siempre síncronas.  De un ejemplo en cada respuesta para justificar su afirmación o negación.

Grupo 2: Dependability, Reliability and Availability (Confiabilidad, Confianza y Disponibilidad)

La confiabilidad de un sistema computacional es la cualidad de entregar un servicio de acuerdo a las dependencias justificables en ese mismo servicio. En otras palabras, cuando existe una coherencia entre lo que se solicita y lo que se entrega. (Ver página 573 – Bibliografía 1). Teniendo en cuenta nuestro punto de vista en Arquitectura de Computadores como ingenieros de sistemas, proponga un sistema de centro de datos y almacenamiento para la Escuela de Ingenieria de Sistemas e informática de la UIS, basados en el comportamiento actual de cormoran.uis.edu.co (Observe la tabla 6.3 de la bibliografía dada en 1 para mostrar su propuesta).

Grupo 3: Programming Models and Workload for Warehouse-Scale Computers (Modelos de Programación y cargas de trabajo para computadores escalables)

VSC Computers es sin duda la plataforma computacional mas importante hoy en dia, si observamos todo lo que involucra servicios en la nube y dirigidos hacia Internet. (Ver Pagina 436 – Bibliografía 2). Teniendo en cuenta la importancia de este tipo de arquitecturas VSCs Computers, ¿de que se trata Map Reduce y como podría utilizarlo en el contexto nacional colombiano?

Grupo 4: Putting It All Together: A Google Warehouse Scale Computer (WSC en Google)

Google como lider mundial en el uso de tecnologías de punta, utiliza WSCs (Ver Pagina 464 – Bibliografía 2). Teniendo en cuenta lo explicado en la bibliografía, explique los principales componentes y características que se exponen en esa sección 6.7 y haga un paralelo con el sistema de servicio de SC3UIS, que si bien no es un WSC, si es un HPC-SC (tomando como referencia GUANE1 (Mas información en www.sc3.uis.edu.co)

Grupo 5: Exascale

La Iniciativa Exascale es la apuesta de los Estados Unidos de América que busca generar la arquitectura hardware y software para los futuros computadores Exascale, con gran influencia internacional. El roadmap propuesto para el 2023 fue pospuesto tres años más hacia el 2023, debido a logros no alcanzados tanto a nivel de investigación como de ingeniería. ¿Si en Colombia se quiere entrar a esa iniciativa exascale, que factores principales deben tenerse en cuenta? (Ver www.exascaleinitiative.org, y de los artículos del semestre pasado 2016-1 de los grupos 11 y 12).

Grupo 6: Top500

La computación de alto rendimiento (HPC) es uno de los pilares de la ciencia e ingeniería moderna junto con la teorización y la experimentación. Diferentes paises e instituciones le han apostado a la supercomputación a pesar de sus enormes costos, debido a que es más costoso no poseerla. El 20 de Junio pasado en la clasificación del Top 500 que es la lista semestral de las máquinas computacionales más rápidas y poderosas del mundo, China ubicó su sistema denominado Sunway TaihuLight como la cabeza de lista. ¿Cuáles son las características de dicha máquina? Describa sus detalles técnicos, donde se encuentra ubicada (tipo de centro que la acoge) y para que se usa. Compárela con la maquina mas rápida que tiene latinoamerica, diga cuantas veces más rápida es, sus principales características arquitecturales y para que se usa. (ver www.top500.org  y articulo del semestre anterior del grupo 7.)

Grupo 7: Sistemas Embarcados

Los sistemas embarcados o embebidos normalmente son propuestos para un solo tipo de aplicaciones. Sin embargo, garantizan hoy en dia una alta disponibilidad y rendimiento, aun estando limitados en capacidad. El hardware libre sigue las mismas directivas de la cultura libre en el software. ¿De que se trata? Observe el caso de Raspberry-Phy como hardware libre y plantee un uso de bajo costo con alguno de los modelos para la Universidad Industrial de Santander. (Ver articulo del grupo 13 del semestre pasado)

Grupo 8: Arquitecturas Híbridas

Este tipo de arquitecturas heterogéneas son sistemas que usan diferentes tipos de procesadores para garantizar alto rendimiento. Los tipos de arquitecturas más difundidos son los basados en GPUs (por ejemplo, usando GPUs de NVIDIA) y los que usan coprocesadores tipo MICs (usando Intel Xeon Phi). Para programar aplicaciones dependiendo de las arquitecturas híbridas generadas, se han desarrollado frameworks y librerías completas. ¿De que se trata NVIDIA CUDA y el parallel studio XE para Xeon Phi? Haga una comparación entre los dos, teniendo en cuenta su punto de vista como ingeniero de sistemas. (Ver: http://www.nvidia.com/object/cuda_home_new.html y http://dap.xeonphi.com/ )

Grupo 9: HiPEAC

HIPEAC es una iniciativa Europea para el HPC en Arquitecturas embarcadas y compilación. Exponga de manera mas detallada, quienes participan, de que se trata, cual es su vision, porque es tan importante la parte de la compilación y cuales son los beneficios industriales que podría traer? (Ver en www.hipeac.net)

Grupo 10: Aspectos Energéticos:

Los aspectos energéticos debido al impacto ambiental y a limitaciones en eficiencia (energética) ha llevado a una tendencia que incluso, genera normativas internacionales en hardware y software, que se exigen en adecuaciones desde el año 1992.  Green IT ó Silicon Week son los términos en inglés para referirse a las tecnologías verdes o el uso eficiente de los recursos computacionales minimizando el impacto ambiental, maximizando su viabilidad económica de acuerdo a deberes sociales y ambientales. Que estrategias ademas de la virtualización permiten  la reducción de huella de carbono, en los centros de datos. ¿Por qué se afirma esto? Muestre algunos ejemplos. (Ver articulo del Grupo 6 del semestre anterior)

Grupo 11: ARM

ARM es una arquitectura basada en RISC (Reduced Instruction Set Computer) que tiene un enfoque de uso reducido de transistores garantizando alto rendimiento y alta eficiencia energética. El 20 de junio pasado, Fujitsu reveló el futuro de la supercomputación post K-system (K es el actual sistema de referencia en HPC en Riken, Japón) usando CPUs  basadas en ARMV8 de 64-bits. En teoría esta tecnología post K-system daría un desempeño de 100 veces más.  ¿Cuales son las principales innovaciones del sistema K  propuesto por Fujitsu ? (Ver: http://www.fujitsu.com/global/about/businesspolicy/tech/k/ y articulo del Grupo 10 del semestre 2016-1 anterior)

Grupo 12: NVIDIA JETSON TX1

NVIDIA Jetson TX1 es una arquitectura propuesta por NVIDIA que permite tener HPC@Pocket. (HPC en el Bolsillo). ¿De qué se trata ese concepto? Cuales son las principales innovaciones de la Jetson TX1 comparada con la TK1 (Ver: http://www.nvidia.com/object/jetson-tx1-module.html)

Grupo 13: GUANE-1

La Universidad Industrial de Santander, decidió apostarle en el 2012 a la creación de un centro de computación de alto rendimiento. La principal plataforma de computación de alto rendimiento es denominada GUANE-1 Reload. ¿Cual es la principal diferencial tecnológico de GUANE-1? Expliqué. (www.sc3.uis.edu.co)

Grupo 14: Unidad de Procesamiento Tensor de Google (Temática 2017-1)

En una práctica pasada se hablo del TPU propuesto por google. Estos circuitos han sido desarrollados por la compañía exclusivamente para el aprendizaje de máquinas. En comparación con las GPUs, al parecer ofrecen mas capacidades de cálculo. Por supuesto, NVIDIA, principal fabricante de GPUs, responde a esa afirmación que puede verse en: https://www.hpcwire.com/2017/04/10/nvidia-responds-google-tpu-benchmarking/ . 1) Explique que es una TPU y porque se diferencia de una GPU e incluso de una CPU. Recuerde como ingeniero de sistemas. 2.) ¿Cuál es la respuesta de NVIDIA y esta de acuerdo con la respuesta?. Justifique.

Temáticas 2016-1

Arquitecturas Híbridas: Este tipo de arquitecturas heterogéneas son sistemas que usan diferentes tipos de procesadores para garantizar alto rendimiento. Los tipos de arquitecturas más difundidos son los basados en GPUs (por ejemplo, usando GPUs de NVIDIA) y los que usan coprocesadores tipo MICs (usando Intel Xeon Phi).

• Para el Grupo 1: ¿Cualés son los retos de las arquitecturas Heterogéneas? Describa ejemplos que expliquen esos retos.
• Para el Grupo 2: Programar arquitecturas híbridas o heterogéneas involucra lenguajes de programación especificos para garantizar la ejecución en los diferentes tipos de procesamiento. El código que se da esta hecho en NVIDIA CUDA. Observe el código que se encuentra en el enlace  aquí

Arquitecturas Reconfigurables:  Las Arquitecturas Reconfigurables soportan lo que se conoce como computación flexible entre hardware y software para garantizar alto rendimiento, principalmente usando FPGAs.

• Para el Grupo 3:  Xilinx es una empresa estadounidense que ha propuesto dos tipos de reconfiguración basadas en reconfiguración parcial: ¿De que se trata cada una de ellas? ¿Cuando usar una y cuando la otra? (No olvidar mencionar ejemplos prácticos).
• Para el Grupo 4: Xputer es un diseño de una computadora reconfigurable, propuesta por el cientifico de computadoras Reiner Harnstein. El describe la computación reconfigurable en términos de antimaquinas, representando un paradigma contrario a la descripción computacional de Von Neumman, denominada Paradoja de la Computación Reconfigurable. ¿De que se trata? ¿Por qué se dice que a pesar de todo esta paradoja es explicada por el Cuello de Botella de Von Neumann?

Aspectos Enérgeticos: Los aspectos energéticos debido al impacto ambiental y a limitaciones en eficiencia (energética) ha llevado a una tendencia que incluso, generá normativas internacionales en hardware y software, que se exigen en adeucaciones desde el año 1992.

• Para el Grupo 5: Las estrategias de calendarización (o planificación) de procesos y tareas ayudan a garantizar cierta eficiencia enérgetica en los sistemas desde el software. La más usada de estas estrategias es DVS (Dynamic Voltage Scaling). ¿De que se trata? Mencione un par de ejemplos pŕacticos y muestre sus principales características.
• Para el Grupo 6: Green IT ó Silicon Week son los términos en inglés para referirse a las tecnologías verdes o el uso eficiente de los recursos computacionales minimizando el impacto ambiental, maximizando su viabilidad económica de acuerdo a deberes sociales y ambientales. Se dice que la virtualización permite la reducción de huella de carbono, en los centros de datos. ¿Por qué se afirma esto? Muestre algunos ejemplos.

Arquitecturas Escalables: La escalabilidad es una propiedad deseable de un sistema, red o proceso, que indica su habildiad para reaccionar y adaptarse sin perder calidad o manejar los cambios continuos (en crecimiento o decrecimiento) de trabajo de manera fluida sin perder la calidad de los servicios.

• Para el Grupo 7: La computación de alto rendimiento (HPC) es uno de los pilares de la ciencia e ingeniería moderna junto con la teorización y la experimentación. Diferentes paises e instituciones le han apostado a la supercomputación a pesar de sus enormes costos, debido a que es más costoso no poseerla. El 20 de Junio pasado en la clasificación del Top 500 que es la lista semestral de las máquinas computacionales más rápidas y poderosas del mundo, China ubicó su sistema denominado Sunway TaihuLight como la cabeza de lista. ¿Cuáles son las características de dicha máquina? Describa sus detalles técnicos, donde se encuentra ubicada (tipo de centro que la acoge) y para que se usa. Comparela con GUANE-1 ubicada en Supercomputación y Cálculo Científico de la Universidad Industrial de Santander. (Observe cuantas veces más rápida es.)
• Para el Grupo 8: Los sistemas de gran escala soportan el tratamiento de grandes datos escalables (Big Data), el Internet de las Cosas y la computación en la nube. ¿Cuales son los grandes retos que deben enfrentarse este tipo de sistemas escalables para soportar esas tres necesidades?

ARM: ARM es una arquitectura basada en RISC (Reduced Instruction Set Computer) que tiene un enfoque de uso reducido de transistores garantizando alto rendimiento y alta eficiencia energética.

• Para el Grupo 9: Intel adquirió en un giro no solo comercial sino tecnológico Altera. Esto redirecciona la investigación y el desarrollo de los procesadores intel, dirigidos hacia la explotación de ARM. En esta dirección Intel le apuesta a desarrollos basados en ARM. ¿Cuál es ese RoadMap futuro de Intel usando ARM?
• Para el Grupo 10: El 20 de junio pasado, Fujitsu reveló el futuro de la supercomputación post K-system (K es el actual sistema de referencia en HPC en Riken, Japón) usando CPUs  basadas en ARMV8 de 64-bits. En teoría esta tecnología post K-system daría un desempeño de 100 veces más.  ¿De que se trata el actual sistema K y el futuro sistema K, propuesto por Fujitsu?

Exascale: La computación Exascale se refiere a la meta de realizar un sistema computacional que pueda al menos procesar Exaflops pero respetando un bajo consumo de potencia eléctrica por flop procesado.

• Para el Grupo 11: El proyectoMont-Blanc es una iniciativa Europea que busca generar la arquitectura hardware y software para los futuros computadores Exascale. Describa el proyecto en sus diferentes fases y resalte los logros en cada una de las fases propuestas ya realizados y los logros que quedan por cumplir.
• Para el Grupo 12: La Iniciativa Exascale es la apuesta de los Estados Unidos de América que busca generar la arquitectura hardware y software para los futuros computadores Exascale, con gran influencia internacional. El roadmap propuesto para el 2023 fue pospuesto tres años más hacia el 2023, debido a logros no alcanzados tanto a nivel de investigación como de ingeniería. Según eso, ¿que hace falta por lograr para cumplir la meta de tener el primer supercomputador exascale en el 2024?

Computadores Embebidos: Los sistemas embarcados o embebidos normalmente son propuestos para un solo tipo de aplicaciones. Sin embargo, garantizan hoy en dia una alta disponiblidad y rendimiento, aun estando limitados en capacidad.

• Para el Grupo 13: El hardware libre sigue las mismas directivas de la cultura libre en el software. ¿De que se trata? Mencione ejemplos de dispositivos de hardware libre que se encuentran fácilmente disponibles en el mercado.
• Para el Grupo 14: NVIDIA ha propuesto una tecnología de supercomputación embebida llamada Jetson

Interfaces Cerebro-Máquina (Brain Machine Interface - Brain Computer Interface BCI ): algunas veces llamado interfaces mente-maquina o direct-neural interface, busca una comunicación directa entre dispositivos y el cerebro.

• Para el Grupo 15: El desarrollo de los sitemas BCI plantean diferentes retos tanto en la concepción como en la implementación. Retos que se esan tratando desde diferentes puntos de vista. ¿Cuales son los principales retos arquitecturales (hardware /software) que se encuentran hoy en dia para estos sistemas BCI?

Co-Diseño Hardware/Software : El codiseño hardware y software plantea el diseño integral de sistemas teniendo en cuenta requerimientos de usabildiad. Esto involucra tanto los dispositivos como las aplicaciones que se ejecutaran en los dispositivos. De una manera muy generalista, se tiene en cuenta para el diseño de nuevas tecnologías computacionales, buscando la cohesion entre el comportamiento electrónico y el comportamiento lógico, optimizando el uso de recursos.

• Para el Grupo 16: POLIS es un framework propuesto por un grupo de investigación de la Universidad de Berkeley para soportar el codiseño de controladores embebidos. Descargue y haga funcionar el framework ¿De que se trata?

Artículos de los Grupos del Curso del Semestre 1-2016

• Artículo del Grupo 1, Arquitecturas Heterogéneas
• Artículo del Grupo 1 - Versión B, Arquitecturas Heterogéneas
• Artículo del Grupo 2, Programación de Arquitecturas Híbridas
• Artículo del Grupo 3, Arquitecturas Reconfigurables
• Artículo del Grupo 4, Codiseño
• Artículo del Grupo 5, Eficiencia Energética
• Artículo del Grupo 6, Tecnologías Verdes
• Artículo del Grupo 7, Arquitecturas Escalables
• Artículo del Grupo 8, Sistemas de Gran Escala
• Artículo del Grupo 9, ARM
• Artículo del Grupo 10, Supercomputación basada en ARM
• Artículo del Grupo 11, Computación Exascale
• Artículo del Grupo 12, Supercomputación Exascale
• Artículo del Grupo 13, Hardware Libre
• Artículo del Grupo 14, Supercomputación en el bolsillo
• Artículo del Grupo 15, Interfaz Cerebro Computador
• Artículo del Grupo 16, Codiseño de Sistemas Embebidos

Nota importante: Para efectos de la evaluación, al grupo que le correspondió el artículo del Grupo 1, como estos trabajaron finalmente separadamente, escojan alguna de las dos versiones, indicando en la evaluación, que versión escogieron.

Artículos de los Grupos del Curso del Semestre 2-2016

• Artículo del Grupo 1, Connecting Processing...
• Artículo del Grupo 2, Sistema Confiable de Almacenamiento
• Artículo del Grupo 3, Modelos de Programación y Cargas de Trabajo en Computadoras Escalables
• Artículo del Grupo 4, WSC
• Artículo del Grupo 5, Exascale
• Artículo del Grupo 6, Top500.org
• Artículo del Grupo 7,Hardware Libre y Sistemas Embebidos
• Artículo del Grupo 8, Sistemas de Gran Escala
• Artículo del Grupo 9, Arquítecturas Híbridas
• Artículo del Grupo 10, HiPEAC
• Artículo del Grupo 11, ARM
• Artículo del Grupo 12, NVIDIA Jetson TK1 y TX1
• Artículo del Grupo 13, GUANE-1

BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES DE INFORMACION

1.Patterson and Hennesy, Computer Organization and Design (The Hardware, Software Interface)]

• Libro Completo

• Historial Perspective and Further Reading
• Glossary of Terms in Architecture
• A Survey of RISC Architectures for Desktop, Server and Embedded Computers

2. Patterson and Hennesy, Computer Architecture; A Quantitative Approach

• Libro Completo

3. TED Talks

• Shimon Schocken: The self-organizing computer course
• [http://www.ted.com/talks/john_graham_cumming_the_greatest_machine_that_never_was.html John Graham-Cumming: The greatest machine that never was
• Kwabena Boahen: A computer that works like the brain

ALGUNAS PRACTICAS

Práctica Arquitectura General

1. La siguiente imagen, corresponde a una organización del sistema propuesta para un sistema Nehalem-EP 8-way cc-NUMA SMP, basado en CPUs (http://sc.tamu.edu/systems/eos/). Como profesional en ingenieria de sistemas le preguntan lo siguiente, de acuerdo a la gráfica (10 puntos):
   • ¿Cuantos procesadores tengo?
   • ¿Cuántos tipo de procesadores tengo y de que tipo? Explique cada uno
   • ¿Cuántos nucléos de procesamiento (cores) tengo?
   • ¿Cuántos niveles de caché tengo? Explique a que me refiero con el caché.
   • ¿Qué dice la información acerca de la latencia al compararla de procesador a procesador y de procesador a memoria?

CONSULTA CON EL PROFESOR Y SESIONES

Normalmente, si requieren alguna consulta pueden enviarme un email al correo cbarrios(-@-)uis.edu.co o en el desarrollo del curso para planificarla . Sin embargo, los martes en los mañana en el horario de 8:30 am. hasta las 10:30 a.m. puede buscarse en la oficina LP 226.

Recuerden, los cursos teóricos son en LP 104 y las sesiones teorico-prácticas en el CENTIC.

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