Zřízení studijního oboru „HPC“ (High performance computing) Návrh oboru je koncipován tak, aby byl zajímavý pro široký okruh zájemců, kteří pak mohou později pracovat při využití HPC v projekčních a výzkumných útvarech průmyslových podniků, ve fyzice, biologii, chemii, ekonomii, dopravě a v meteorologii. Vyváženě je v programu věnována pozornost jak HPC systémům založeným na využití obecných procesorů, tak systémům založeným na využití cenově výhodných procesorů GPGPU (případně dalších). Lze předpokládat, že dobře sestavený HPC obor bude pro posluchače atraktivní a i z hlediska efektivnosti výuky zcela opodstatněný. Bakalářský program je navrhován tak, aby netrpěl přemírou teoretických předmětů a byl zajímavý i pro posluchače, kteří se budou věnovat problematice HPC např. jen jako programátoři (nikoli naprosto nezbytně nutně jako špičkoví teoretici). Speciální teoretické předměty jsou proto umístěny zejména do úrovně magisterské a i tam jsou mnohé z nich volitelné. Výuka v teoretických předmětech se na bakalářské úrovni předpokládá vedena s dostatečným nadhledem a s ohledem na potřeby souvisejících předmětů. I po absolvování jen bakalářské úrovně by měl být posluchač schopen zapojit se do práce HPC týmů, např. jako programátor. Je sledována myšlenka, aby i absolvent pouze bakalářského stupně byl dobře uplatnitelný. Jako ukázka využití HPC a také jako nezbytná motivace pro další studium je do bakalářské úrovně umístěn blok předmětů "aplikace HPC". Jednotlivé předměty jsou řešeny tak, že teorie z dotčených oblastí je zde (na bakalářské úrovni) prezentována jen v naprosto nezbytně nutné míře (nikoli systematicky) v rozsahu nezbytném pro vysvětlení řešení zvoleného konkrétního ilustrativního ale prakticky významného problému. Cílem zde primárně není naučit posluchače teorii z dané oblasti, ale poskytnout terén pro řešení smysluplných praktických úloh, které použití HPC ukazují. Na uvedené předměty pak navazují HPC projekty (uvedené předměty tedy zasazují projekty do širšího kontextu). Blok „aplikace HPC“ také významně profiluje obor HPC a odlišuje jej od oborů jiných. Uvedený blok lze považovat za významný, protože pro řešení úloh s využitím HPC je typická mezioborovost (doménový expert + odborník HPC). To by měl i náš program reflektovat a posluchačům už během studia tuto mezioborovost prezentovat. Kromě oblasti HPC současně navrhovaný obor také dostatečně pokrývá ostatní významné oblasti IT, takže orientací na HPC není možnost uplatnění posluchače nikterak ztížena ani na běžných pozicích, kde není orientace na HPC vyžadována. Je také zachována kompatibilita s existujícím oborem IVT z hlediska možného postupu do navazujícího magisterského studia. Bc. obor HPC předmět Úvodní školení a školení bezpečnosti práce
komentář/poznámka
garant
rozsah
kr
typ
zak
P
Z
semestr 1 ●
2
3
4
5
6
Průprava k algoritmickému myšlení Algoritmy a datové struktury I (doc. Dvorský)
Předmět již existuje v oboru IVT
460
2+2
4
P
KlZ
Algoritmy a datové struktury II (doc. Dvorský)
Předmět již existuje v oboru IVT
460
2+2
4
P
KlZ
Paralelní a distribuované algoritmy (prof. Snášel)
Nový předmět – jak lze řešení problémů paralelizovat – „parallel thinking“
460
2+2
4
P
KlZ
●
460
0+2
2
V
Z
◐
Seminář z algoritmizace (Ing. Sawa. Ph.D.) Předmět již existuje v oboru IVT
●
●
◐
Programování Úvod do programování (Mgr. Kudělka, Ph.D.)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
4
P
KlZ
Objektové programování (Mgr. Kudělka, Ph.D.)
Nový předmět
460
2+2
4
P
KlZ
Programovací jazyky I (Ing. Kožusznik, Ph.D.)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
4
P
KlZ
Programovací jazyky II (Ing. Martinovič, Ph.D.)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
4
P
KlZ
Skriptovací programovací jazyky (doc. Sojka)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
4
P
KlZ
Paradigmata programování (Ing. Sawa, Ph.D)
Nový předmět
460
2+2
4
P
KlZ
Programování v paralelních prostředích I (vlákna, OpenMP, MPI, … ) (Ing. Krömer, Ph.D.)
Nový předmět
460
2+2
4
P
KlZ
●
Programování v paralelních prostředích II (CUDA, OpenCL, … ) (Ing. Gajdoš, Ph.D.)
Nový předmět
460
2+2
4
P
KlZ
●
●
●
●
●
●
●
HW a systémové záležitosti (kdo chce paralelizovat, musí i o HW něco vědět) Architektury počítačů I (doc. Ličev)
Průpravný předmět pro výklad počítačových architektur
460
2+2
4
P
Zk
Architektury počítačů II (doc. Ličev)
Výklad počítačových architektur
460
2+2
4
P
Zk
●
●
◐
◐
Paralelní výpočetní systémy (Ing. Jakl, CSc)
Nový předmět – výklad paralelních architektur
460
2+2
4
P
Zk
Operační systémy I (Ing. Olivka)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
4
P
Zk/ KlZ
Operační systémy II (Ing. Olivka)
Nový předmět
460
2+2
4
P
Zk
●
Počítačové sítě (Ing. Moravec Ph.D.)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
3+3
6
P
Zk
●
●
●
●
Aplikace HPC Numerické modelování (doc. Kozubek)
Nový předmět – numerické řešení základních HPC problémů – počáteční a okrajové úlohy, FFT, lineární a nelineární systémy apod.
470
2+2
4
V
KlZ
Paralelní knihovny numerické lineární algebry (doc. Vondrák)
Nový předmět – BLAS, LAPACK, SCALAPACK, MKL, PetSc. a příklady jejich použití.
470
2+2
4
V
KlZ
Lineární algebra s Matlabem (doc. Vondrák)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
470
2+2
4
V
KlZ
●
Využití HPC při řešení úloh modelování a simulace (prof. Vondrák)
Nový předmět
460
2+2
4
V
Zk
◐
◐
◐
◐
Využití HPC při řešení úloh o analýze dat (prof. Snášel)
Nový předmět
460
2+2
4
V
Zk
◐
◐
◐
◐
Využití HPC při řešení úloh počítačové grafiky, zpracování obrazu a virtuální reality (doc. Sojka)
Nový předmět
460
2+2
4
V
Zk
◐
◐
◐
◐
HPC projekt 1 (prof. Snášel)
Nový předmět
460
0+4
4
P
Z
●
HPC projekt 2 (prof. Snášel)
Nový předmět
460
0+4
4
P
Z
HPC projekt 3 (prof. Snášel)
Nový předmět
460
0+4
4
P
Z
HPC projekt 4 (prof. Snášel)
Nový předmět
460
0+4
4
P
Z
●
Případné další případové studie ● ● ●
Nezbytné IT předměty (chceme, aby absolvent nalezl snadno uplatnění i mimo oblast HPC) Úvod do databázových systémů (Ing. Fasuga, Ph.D.)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
Databázové a informační systémy (doc.
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+3
4
P
Zk
V
Zk
●
●
Krátký) Databázové systémy (doc. Krátký)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
Administrace databázových systémů (Ing. Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu Bača, Ph.D.)
460
2+2
Informační systémy (Mgr. Kudělka, Ph.D.)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
Webové aplikace (Ing. Radecký)
Nový předmět
460
Úvod do SWI (Ing. Štolfa, Ph.D.)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
Uživatelská rozhraní (HumanComputer Interaction Design) (doc. Sojka)
4
V
Zk
V
KlZ
4
V
Zk
●
2+2
4
V
Zk
●
460
2+2
4
V
Zk
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
1+2
4
V
KlZ
Základy počítačové grafiky (Ing. Němec, Ph.D.)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
4
V
Zk
Správa počítačových systémů (Ing. Návrat)
Nový předmět. Rozšiřuje existující předmět Správa Windows systémů
460
2+2
4
V
KlZ
●
Počítačová bezpečnost (RNDr. Ochodková, Ph.D.)
Nový předmět – probírat praktická témata
460
2+0
2
V
Zk
●
Java technologie (Ing. Ježek, Ph.D.)
Existujíci předmět – rozšířit o výklad možností paraleního počítání
460
2+2
4
V
KlZ
Technologie .NET (Ing. Martinovič, Ph.D.)
Existujíci předmět – rozšířit o výklad možností paraleního počítání
460
2+2
4
V
KlZ
● ●
● ●
●
●
●
Případně další volitelné předměty Předměty teoretického základu Lineární algebra (doc. Vondrák)
Existující předmět
470
3+3
6
P
Zk
Matematické analýza (doc. Bouchala)
Existující předmět
470
3+3
6
P
Zk
Numerické metody (doc. Vondrák)
Existující předmět
470
2+2
4
V
Zk
Diskrétní matematika (Mgr. Kovář, Ph.D.)
Existující předmět
470
2+2
4
P
Zk
460
2+2
6
P
Zk
Úvod do teoretické informatiky (Ing. Sawa, Ph.D.)
●
●
● ● ●
Další nezbytnosti Jazyk
0+2
Společenskovědní předmět
2
P
●
2
Tělocvik
● ●
0+2
2
P
garant
rozsah
kr
typ
●
●
zak
1
2
●
Mgr. obor HPC předmět
komentář
3
HW pro HPC Architektury HPC systémů (prof. Zelinka)
Rozšíření témat probíraných na Bc. úrovni. Akcent na paralelní architektury, grid computing, faulttollerant computing, a také na datová centra.
460
2+2
4
P
Zk
High performance computer networking (Ing. Moravec, Ph.D.)
Rozšíření témat probíraných na Bc. úrovni. HPC middleware.
460
2+2
4
P
Zk
●
Techniky vytváření paralelních algoritmů a hodnocení složitosti paralelních algoritmů. Úplnější a teoreticky náročnější pohled než u bakaláře.
460
2+2
4
P
Zk
●
Prostředky a prostředí pro paralelní Úplnější pohled než u bakaláře. Viz např. programování (Parallel programming tools www.cs.berkeley.edu/~culler/machines/tools.html and environments) (Ing. Krömer, Ph.D.) www.cise.ufl.edu/research/ParallelPatterns/PatternLan guage/Background/ProgEnvs.htm
460
2+2
4
P
Zk
●
Systémová analýza a návrh (Ing. Štolfa, Ph.D.)
460
2+2
4
V
Zk
●
Metody specifikace programových systémů (Ing. Kožusznik, Ph.D.)
460
2+2
4
V
Zk
Paralelní programování Paralelní algoritmy (prof. Jančar)
Úvod do teoretických základů některých interdisciplinárních HPC aplikací
●
4
Metody optimalizace (prof. Dostál)
Existující předmět
470
2+2
4
V
Zk
Matematické modelování a metoda konečných prvků (prof. Blaheta)
Nový předmět
470
2+2
4
V
Zk
Teorie grafů s aplikacemi pro modelování a Nový předmět simulace (RNDr. Ochodková, Ph.D.)
460
2+2
4
V
Zk
Stochastické metody modelování (prof. Briš)
Lze upravit z existujícího předmětu.
470
2+2
4
V
Zk
Fyzika (Katedra fyziky)
Řada simulací vychází z fyzikálních zákonů, proto je nezbytné, aby se student seznámil se základními fyzikálními pojmy.
2+2
4
V
Zk
●
Úvod do fyzikálního modelování (doc. Kalus)
Kvantová mechanika, molekulové simulace, fyzika částic
470
2+2
4
V
Zk
◐
◐
Úvod do výpočetní elektrotechniky (Ing. Lukáš, Ph.D.)
Existující předmět s názvem Modelování elektromagnetických polí. Bude rozšířen o další témata z oblasti elektrotechniky.
470
2+2
4
V
Zk
◐
◐
Úvod do nanotechnologií (katedra fyziky/centrum nanotechnologií)
Nový předmět teoretické základy fyziky a chemie potřebné pro modelování v oblasti nanotechnologií – předmět by mohl být garantován katedrou fyziky ve spolupráci s CNT
2+2
4
V
Zk
◐
◐
Úvod do výpočetní mechaniky (kat. 470)
Základní pojmy z oblasti mechaniky, pružnosti a pevnosti a dynamiky tekutin
470
2+2
4
V
Zk
◐
◐
460
2+2
4
V
Zk
Úvod do metod výpočetní biologie (prof. Zelinka)
Informatická odvětví, kde je často vyžadován velký výpočetní výhon, tedy HPC Modelování a simulace systémů (prof. Vondrák)
Existující předmět – prověřit obsah
460
2+2
4
V
Zk
Analýza rozsáhlých kolekcí dat (prof. Snášel)
Existující předmět – prověřit obsah
460
2+2
4
V
Zk
LargeScale Distributed Systems for Information Retrieval (prof. Snášel)
Nový předmět
460
2+2
4
V
Zk
Biologicky inspirované paralelní výpočty (prof. Zelinka)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
4
V
Zk
● ●
◐
◐
◐
Modelování komplexních systémů (Modelling Complex Systems) (prof. Zelinka)
Nový předmět
460
2+2
4
V
Zk
Neuronové sítě (prof. Vondrák)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
4
V
Zk
Network science (prof. Snášel)
Nový předmět
460
2+2
4
V
Robotické systémy (prof. Snášel)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
4
V
Zk
Komprese dat (prof. Snášel)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu
460
2+2
4
V
Zk
Fyzická implementace databázových systémů (doc. Krátký)
Nový předmět
460
2+2
4
V
Zk
Architektura rozsáhlých informačních systémů (Mgr. Kudělka, Ph.D.)
Nový předmět
460
2+2
4
V
Zk
Počítačová grafika I (doc. Sojka)
Existující předmět ale s revidovaným obsahem. Zahrnuje zejména modelování a zobrazování 3D objektů.
460
2+2
4
Zk
Počítačová grafika II (Ing. Gajdoš, Ph.D.)
Existující předmět ale s podstatně revidovaným obsahem. Zahrnuje zejména vizualizaci rozsáhlých scén, grafické efekty, technické vizualizace.
460
2+2
4
Zk
Aplikace počítačové grafiky (doc. Sojka)
Nový předmět
460
2+2
4
Zk
Digitální zpracování obrazu (doc. Sojka)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu.
460
2+2
4
Zk
Analýza obrazu (doc. Sojka)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu.
460
2+2
4
Zk
Algoritmizace geometrických úloh (computational geometry) (doc. Sojka)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu.
460
2+2
4
Zk
HPC projekt 1
460
4+0
4
P
Z
HPC projekt 2
460
4+0
4
P
Z
HPC projekt 3
460
4+0
6
P
Z
HPC projekt 4
460
4+0
6
P
Z
460
2+2
4
P
Zk
●
●
●
●
● ● ● ●
Projekty ● ● ● ●
Předměty teoretického základu Matematická logika (doc. Duží)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu.
●
Teorie algoritmů a výpočetních modelů (prof. Jančar)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu a změna názvu.
460
2+2
4
P
Zk
Modelování a verifikace (prof. Jančar)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu.
460
2+2
4
V
Zk
Petriho sítě (Ing. Sawa, Ph.D.)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu.
460
2+2
4
V
Zk
Vybrané partie z Logiky (doc. Duží)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu.
460
2+2
4
V
Zk
Vybrané partie z teoretické informatiky (prof. Jančar)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu.
460
2+2
4
V
Zk
●
Teorie her (Ing. Sawa, Ph.D.)
Předmět již existuje v oboru IVT – revize obsahu.
460
2+2
4
V
Zk
●
Vybrané partie z matematické analýzy (doc. Bouchala)
Existující předmět
470
3+2
5
P V
Zk
Statistika (prof. Briš)
Existující předmět
470
3+2
5
P
Zk
●
Rovnice matematické fyziky (doc. Kalus)
Existující předmět
470
2+2
4
V
Zk
●
●
◐
● ●
◐ ●
●
Zkratky: P – povinný předmět, V – volitelný předmět, Zk – zkouška, KlZ – klasifikovaný zápočet, Z – zápočet, 460 – Katedra informatiky, 470 – Katedra aplikované matematiky.
