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 komentář/poznámka garant rozsah kr typ zak Úvodní školení a školení bezpečnosti práce P Z semestr 1 2 3 4 5 6
Algoritmy a datové struktury I (doc. Dvorský) Algoritmy a datové struktury II (doc. Dvorský) Paralelní a distribuované algoritmy (prof. Snášel) Průprava k algoritmickému myšlení Předmět již existuje v oboru IVT 460 2+2 4 P KlZ Předmět již existuje v oboru IVT 460 2+2 4 P KlZ Nový předmět jak lze řešení problémů paralelizovat parallel thinking 460 2+2 4 P KlZ Seminář z algoritmizace (Ing. Sawa. Předmět již existuje v oboru IVT 460 0+2 2 V Z Úvod do programování (Mgr. Kudělka, Objektové programování (Mgr. Kudělka, Programovací jazyky I (Ing. Kožusznik, Programovací jazyky II (Ing. Martinovič, Skriptovací programovací jazyky (doc. Sojka) Paradigmata programování (Ing. Sawa, Ph.D) Programování v paralelních prostředích I (vlákna, OpenMP, MPI, ) (Ing. Krömer, Programování v paralelních prostředích II (CUDA, OpenCL, ) (Ing. Gajdoš, Architektury počítačů I (doc. Ličev) Programování Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 2+2 4 P KlZ Nový předmět 460 2+2 4 P KlZ Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 2+2 4 P KlZ Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 2+2 4 P KlZ Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 2+2 4 P KlZ Nový předmět 460 2+2 4 P KlZ Nový předmět 460 2+2 4 P KlZ Nový předmět 460 2+2 4 P KlZ HW a systémové záležitosti (kdo chce paralelizovat, musí i o HW něco vědět) Průpravný předmět pro výklad počítačových architektur Architektury počítačů II (doc. Ličev) Výklad počítačových architektur
Paralelní výpočetní systémy (Ing. Jakl, CSc) Nový předmět výklad paralelních architektur 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 Počítačové sítě (Ing. Moravec Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 3+3 6 P Zk Numerické modelování (doc. Kozubek) Paralelní knihovny numerické lineární algebry (doc. Vondrák) Lineární algebra s Matlabem (doc. Vondrák) Využití HPC při řešení úloh modelování a simulace (prof. Vondrák) Využití HPC při řešení úloh o analýze dat (prof. Snášel) Využití HPC při řešení úloh počítačové grafiky, zpracování obrazu a virtuální reality (doc. Sojka) Případné další případové studie Aplikace HPC Nový předmět numerické řešení základních HPC problémů počáteční a okrajové úlohy, FFT, lineární a nelineární systémy apod. Nový předmět BLAS, LAPACK, SCALAPACK, MKL, PetSc. a příklady jejich použití. 470 2+2 4 V KlZ 470 2+2 4 V KlZ Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 470 2+2 4 V KlZ Nový předmět 460 2+2 4 V Zk Nový předmět 460 2+2 4 V Zk 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 Úvod do databázových systémů (Ing. Fasuga, Nezbytné IT předměty (chceme, aby absolvent nalezl snadno uplatnění i mimo oblast HPC) Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu Databázové a informační systémy (doc. Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 2+3 V Zk
Krátký) Databázové systémy (doc. Krátký) Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 2+2 4 V Zk Administrace databázových systémů (Ing. Bača, Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 2+2 V KlZ Informační systémy (Mgr. Kudělka, Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 2+2 4 V Zk Webové aplikace (Ing. Radecký) Nový předmět 460 2+2 4 V Zk Úvod do SWI (Ing. Štolfa, Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 2+2 4 V Zk Uživatelská rozhraní (Human Computer Interaction Design) (doc. Sojka) Základy počítačové grafiky (Ing. Němec, Správa počítačových systémů (Ing. Návrat) Počítačová bezpečnost (RNDr. Ochodková, Java technologie (Ing. Ježek, Technologie.NET (Ing. Martinovič, Případně další volitelné předměty Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 1+2 4 V KlZ Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu 460 2+2 4 V Zk Nový předmět. Rozšiřuje existující předmět Správa Windows systémů 460 2+2 4 V KlZ Nový předmět probírat praktická témata 460 2+0 2 V Zk Existujíci předmět rozšířit o výklad možností paraleního počítání Existujíci předmět rozšířit o výklad možností paraleního počítání Předměty teoretického základu 460 2+2 4 V KlZ 460 2+2 4 V KlZ 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, Existující předmět 470 2+2 4 P Zk Úvod do teoretické informatiky (Ing. Sawa, 460 2+2 6 P Zk
Další nezbytnosti Jazyk 0+2 2 P Společenskovědní předmět 2 Tělocvik 0+2 2 P Mgr. obor HPC předmět komentář garant rozsah kr typ zak 1 2 3 4 Architektury HPC systémů (prof. Zelinka) High performance computer networking (Ing. Moravec, HW pro HPC Rozšíření témat probíraných na Bc. úrovni. Akcent na paralelní architektury, grid computing, fault tollerant computing, a také na datová centra. Rozšíření témat probíraných na Bc. úrovni. HPC middleware. Paralelní algoritmy (prof. Jančar) Prostředky a prostředí pro paralelní programování (Parallel programming tools and environments) (Ing. Krömer, Systémová analýza a návrh (Ing. Štolfa, Metody specifikace programových systémů (Ing. Kožusznik, Paralelní programování Techniky vytváření paralelních algoritmů a hodnocení složitosti paralelních algoritmů. Úplnější a teoreticky náročnější pohled než u bakaláře. Úplnější pohled než u bakaláře. Viz např. www.cs.berkeley.edu/~culler/machines/tools.html www.cise.ufl.edu/research/parallelpatterns/patternlan guage/background/progenvs.htm Úvod do teoretických základů některých interdisciplinárních HPC aplikací 460 2+2 4 V Zk 460 2+2 4 V Zk
Metody optimalizace (prof. Dostál) Existující předmět 470 2+2 4 V Zk Matematické modelování a metoda konečných prvků (prof. Blaheta) Teorie grafů s aplikacemi pro modelování a simulace (RNDr. Ochodková, Stochastické metody modelování (prof. Briš) Fyzika (Katedra fyziky) Úvod do fyzikálního modelování (doc. Kalus) Úvod do výpočetní elektrotechniky (Ing. Lukáš, Úvod do nanotechnologií (katedra fyziky/centrum nanotechnologií) Úvod do výpočetní mechaniky (kat. 470) Úvod do metod výpočetní biologie (prof. Zelinka) Modelování a simulace systémů (prof. Vondrák) Analýza rozsáhlých kolekcí dat (prof. Snášel) Large Scale Distributed Systems for Information Retrieval (prof. Snášel) Biologicky inspirované paralelní výpočty (prof. Zelinka) Nový předmět 470 2+2 4 V Zk Nový předmět 460 2+2 4 V Zk Lze upravit z existujícího předmětu. 470 2+2 4 V Zk Řada simulací vychází z fyzikálních zákonů, proto je nezbytné, aby se student seznámil se základními fyzikálními pojmy. Kvantová mechanika, molekulové simulace, fyzika částic Existující předmět s názvem Modelování elektromagnetických polí. Bude rozšířen o další témata z oblasti elektrotechniky. Nový předmět teoretické základy fyziky a chemie potřebné pro modelování v oblasti nanotechnologií předmět by mohl být garantován katedrou fyziky ve spolupráci s CNT Základní pojmy z oblasti mechaniky, pružnosti a pevnosti a dynamiky tekutin 2+2 4 V Zk 470 2+2 4 V Zk 470 2+2 4 V Zk 2+2 4 V Zk 470 2+2 4 V Zk 460 2+2 4 V Zk Informatická odvětví, kde je často vyžadován velký výpočetní výhon, tedy HPC Existující předmět prověřit obsah 460 2+2 4 V Zk Existující předmět prověřit obsah 460 2+2 4 V Zk Nový předmět 460 2+2 4 V Zk 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) Architektura rozsáhlých informačních systémů (Mgr. Kudělka, Počítačová grafika I (doc. Sojka) Počítačová grafika II (Ing. Gajdoš, Nový předmět 460 2+2 4 V Zk Nový předmět 460 2+2 4 V Zk Existující předmět ale s revidovaným obsahem. Zahrnuje zejména modelování a zobrazování 3D objektů. Existující předmět ale s podstatně revidovaným obsahem. Zahrnuje zejména vizualizaci rozsáhlých scén, grafické efekty, technické vizualizace. 460 2+2 4 Zk 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 Projekty 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 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. Modelování a verifikace (prof. Jančar) Předmět již existuje v oboru IVT revize obsahu. 460 2+2 4 V Zk Petriho sítě (Ing. Sawa, 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, 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.