|
|
Návrh a realizace řídící midi klaviatury
Dvořáček, Štěpán ; Hrbáček, Radek (oponent) ; Krejsa, Jiří (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá zhotovením specifického MIDI kontroléru schopného ovládat počítačovou simulaci varhan Hammond. Teoretická část je tvořena stručným úvodem do problematiky zvuku a MIDI ve spojením s počítačem, dále kapitolou věnovanou varhanám Hammond a simulaci GSI Vb3, z níž vyplývají klíčové ovládací prvky kontroléru. Následuje popis řešení mechanické a elektronické části nástroje. Výsledkem této práce je funkční klávesový kontrolér vhodný pro využití v nahrávacím studiu i při živé produkci.
|
|
|
Koevoluce v evolučním návrhu obvodů
Veřmiřovský, Jakub ; Hrbáček, Radek (oponent) ; Drahošová, Michaela (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá evolučním návrhem obvodů za pomoci kartézského genetického programování a jeho optimalizaci za pomoci koevoluce. Algoritmus koevolvuje fitness prediktory, které jsou optimalizovány pro populaci kandidátních obvodů. Práce popisuje teoretická východiska, zejména pak genetické programování, koevoluci v genetickém programování, návrh obvodů, a zabývá se návrhem využití koevoluce v evolučním návrhu kombinačních obvodů. Na základě tohoto návrhu je implementována aplikace, která umožňuje navrhovat a optimalizovat kombinační obvody. Funkčnost aplikace byla ověřena na pěti testovacích úlohách. Srovnání proběhlo mezi kartézským genetickým programováním s koevolucí a bez koevoluce. Poté řešení navržené pomocí evoluce bylo srovnáno s klasickými metodami návrhu. S použitím koevoluce se snížil počet evaluací obvodu během evoluce a v některých případech našla řešení, která mají lepší parametry (např. méně logických hradel, menší zpoždění), než řešení navržená konvenčně.
|
|
|
Využití řídké reprezentace signálu při snímání a rekonstrukci v nukleární magnetické rezonanci
Hrbáček, Radek ; Zátyik, Ján (oponent) ; Rajmic, Pavel (vedoucí práce)
Tato práce se věnuje problematice nukleární magnetické rezonance, zejména spektroskopii a spektroskopickému zobrazování, řídké reprezentaci signálů a aproximaci s nízkou hodností. Využití spektroskopických zobrazovacích metod v klinické praxi se stává čím dál populárnější, jeho rozšíření však stále brání zejména dlouhé časy měření a nízké rozlišení. Práce se zabývá využitím řídké reprezentace signálů a reprezentace s nízkou hodností pro vylepšení stávajících zobrazovacích metod. Fenomén komprimovaného snímání je nejprve demonstrován na příkladu zobrazování pomocí magnetické rezonance a při hyperspektrálním zobrazování. Následně je navrženo schéma získávání spektroskopických dat založené na komprimovaném snímání. Práce se dále zabývá návrhem algoritmu MRSMP pro kvantifikaci in vivo spekter.
|
|
|
Návrh řadicích sítí pomocí koevolučního CGP
Fábry, Marko ; Hrbáček, Radek (oponent) ; Drahošová, Michaela (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá návrhem řadicích sítí pomocí kartézskeho genetického programovaní s využitím koevoluce. Řadicí sítě jsou abstraktní modely schopné seřadit posloupnost čísel. Výhodou řadicích sítí je snadná implementovatelnost do hardware, ale jejich návrh je velmi složitý. Jednou z nekonvečních a efektivních možností jak navrhovat řadicí sítě je pomocí kartézskeho genetického programování (CGP). CGP je algoritmus patřící do skupiny evolučních algoritmů inspirovaných Darwinovou evoluční teorii. Efektivitu CGP algoritmu je možno zvýšit použitím koevoluce. Koevoluce je přístup, který pracuje s více populacemi, které se vzájemně ovlivňují a neustále vyvíjejí, čímž zabraňují uváznutí prohledávání v lokálním optimu. V práci je ukázané, že pomocou koevolúcie je možné dosiahnuť takmer dvojnásobné urýchlenie v porovnaní s evolučným návrhom.
|
|
|
Efektivní implementace výpočetně náročných algoritmů na Intel Xeon Phi
Šimek, Dominik ; Hrbáček, Radek (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Táto práca sa zaoberá implementáciou a optimalizáciou výpočtovo náročných algoritmov na koprocesore Intel Xeon Phi. Koprocesor Xeon Phi bol predstavený firmou Intel v roku 2012 ako odpoveď na obrovský nárast v používaní technológie GPGPU. Xeon Phi disponuje podstatne väčším výkonom ako procesor, preto je podobne ako GPGPU vhodnou platformou pre beh výpočtovo náročných programov. Xeon Phi zatiaľ v praxi nie je velmi používaný, preto je potrebné hľadať možné oblasti uplatnenia. Rozrastá sa ale jeho použitie v superpočítačových centrách, napríklad Milky Way 2 - Guangzhou (Čina), Salomon - Ostrava. Cieľom tohto dokumentu je oboznámiť čitateľa s problematikou implementácie náročných algoritmov na akceleračnej karte Xeon Phi, ich optimalizácie a meranie výkonu. Výkon koprocesoru Intel Xeon Phi bude porovnávaný s výkonom procesorov Intel Xeon. V teoretickej časti práce bude čitateľ oboznámený s architektúrou a princípmi koprocesoru Xeon Phi. Budeme sa venovať výhodám ale aj nevýhodám tohto koprocesoru, ktoré budú často porovnávané s všeobecnými vlastnosťami procesorov. Témou bude taktiež otázka, kedy je vhodné zvoliť pre výpočet akcelerečnú kartu Xeon Phi a kedy procesor. Detailne si vysvetlíme a znázorníme výber vhodných algoritmov pre Xeon Phi, postup ich implementácie, optimalizácie a meranie výkonu. Okrem toho budú rozoberané problémy a úskalia, ktoré môžu nastať pri implementácii algoritmov a používaní koprocesoru. Dané demonštrujeme najskôr na ukážkových problémoch, ktoré boli riešené na Ostravskom superpočítači Anselm. V prvom rade to budú jednoduché benchamrky typu násobenie matíc, násobenie matice a vektora, na ktorých budú ukázané základné princípy implementácie optimálnych algoritmov pre koprocesor Xeon Phi. Napríklad pri benchmarku násobenia matice a vektora bolo dosiahnutých asi 6.5% teoretického výkonu koprocesoru. Ďalším, komplexnejším problémom bude N-Body Simulation - simulácia pohybu častíc v priestore, na ktorom sme otestovali potenciál Xeon Phi. Výkon koprocesoru sa pri tomto benchmarku vyšplhal až na viac ako 35% teoretického výkonu - 725 gFLOPS (maximálny výkon 2000 gFLOPS pre dáta s jednoduchou presnosťou). Čitateľ sa okrem iného môže dozvedieť aj zaujímavé informácie z oblasti fyzikálnych simulácií, konkrétne bude reč o module pre MATLAB (k-Wave). K-Wave sa zaoberá simuláciou šírenia akustických vĺn v 1D, 2D a 3D, čo sa využíva napríklad pri simulácii šírenia ultrazvukových vĺn v mäkkých tkanivách. Na koniec si stručne povieme o portovaní už existujúcich knižníc, modulov či programov na Xeon Phi zo snahou využitia jeho potenciálu. Bude to napríklad kroskompilácia knižníc HDF5, ZLIB či konca interpretu jazyka Python s modulmi Numpy a Scipy.
|
|
|
Systém pro automatizovanou obsluhu superpočítače
Strečanský, Peter ; Hrbáček, Radek (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Cieľom tejto práce je rozšíriť existujúci program FabSim o modul, ktorý umožní automatizovanú obsluhu superpočítačov, predovšetkým prácu s plánovačom OpenPBS. Modul bol vytvorený v programovacom jazyku Python za použitia balíčka Fabric. Skripty, ktoré sa pomocou OpenPBS spúšťajú, sú uložené vo forme predlôh a pred samotným prenosom na cluster a spustením sa dynamicky upravia na základe preferencií užívateľa. Vytvorené riešenie tak poskytuje komplexnú sadu metód, ktoré umožňujú plnohodnotnú obsluhu superpočítačov, integráciu s Gitom a spravovanie dát nachádzajúcich sa na superpočítačoch. Hlavným prínosom tejto práce je jednoduchšie riadenie a úspora času spojená s obsluhou superpočítačov.
|
|
|
Compressive sampling a simulace one-pixel camera
Hrbáček, Radek ; Špiřík, Jan (oponent) ; Rajmic, Pavel (vedoucí práce)
V klasickém pojetí zpracování číslicových signálů je základním pilířem Nyquistův teorém, podle něhož je možné spojitý signál rekonstruovat z jeho vzorků tehdy, pokud byl vzorkován s frekvencí alespoň dvakrát vyšší, než je nejvyšší frekvence signálu. Kvůli úspoře dat však v praxi signál ihned po jeho navzorkování komprimujeme. Compressive sampling se neomezuje pouze na frekvenční oblast, umožňuje signál vnímat v libovolné bázi. Jestliže najdeme takovou bázi, ve které je signál řídký, můžeme provést poměrně malý počet měření, ze kterých jsme schopni signál zrekonstruovat. One-pixel camera je jednou z praktických aplikací, tvoří ji pole zrcátek, které odrážejí světlo do jediného senzoru. Pomocí matematických metod je pak možné původní signál zrekonstruovat. Tato práce se zabývá simulací této kamery.
|
|
|
Paralelizace ultrazvukových simulací s využitím lokální Fourierovy dekompozice
Dohnal, Matěj ; Hrbáček, Radek (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Tato práce přináší návrh nové metody pro distribuovaný výpočet 3D Fourierovy transformace s využitím lokální 3D dekompozice domény, popis její implementace a srovnání s dosud běžně používanou metodou globální 1D dekompozice domény. Nová metoda byla navržena, implementována a testována především pro budoucí použití v simulačním programu k-Wave, ale nic nebrání jejímu použití v jiných aplikacích. Implementace prokázala svoji efektivitu na superpočítači Anselm při testování na až 2048 jádrech, kde je až 3krát rychlejší než globální 1D dekompozice za cenu nepřesnosti výpočtu v řádu 10-5, neboť se podařilo významně snížit režii výpočtu v podobě komunikace mezi procesy. Na konci práce je diskutováno, jak lze s metodou výpočtu Fourierovy transformace využívající lokální dekompozici domén dosáhnout co nejlepších výsledků z hlediska přesnosti i rychlosti výpočtu, zároveň jsou zmíněny i její limity.
|
|
|
Implementation of Grammatical Evolution System
Svoboda, Jan ; Hrbáček, Radek (oponent) ; Sekanina, Lukáš (vedoucí práce)
Grammatical evolution is a relatively new approach to genetic programming that can automatically create solutions to various problems in an arbitrary programming language. This thesis summarizes the principles and algorithms of grammatical evolution and overviews the existing systems. Accompanying the thesis is a software called Gram - a new library o ering high performance and applying the best programming principles such as modular code and automated testing. It has been compared to the best-performing available solution and showed over 30% improvement in execution time. Gram has also been successfully used to automate test-driven development, a technique commonly used to create software with automated tests. The thesis and the software project provide a solid ground for further research and allow for the application of grammatical evolution in new areas.
|
|
|
Paralelizace ultrazvukových simulací pomocí akcelerátoru Intel Xeon Phi
Vrbenský, Andrej ; Hrbáček, Radek (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Simulácia šírenia ultrazvukových akustických vĺn má v dnešnej dobe široké praktické použitie. Jedným z nich je simulácia v reálnom tkanivovom prostredí, ktorá má dobré uplatnenie v medicíne. Jednou z aplikácií, ktoré sú na túto simuláciu určené, je k-Wave toolbox. Výpočtová náročnosť takýchto simulácii je veľmi veľká a preto sa vyvíjajú nové metódy pre jej zrýchlenie. V tejto diplomovej práci sme navrhli riešenie pre urýchlenie simulácie, založené na paralelizácii výpočtu na akceleračnej karte Intel Xeon Phi. Akcelerátor obsahuje vysoký počet jadier a extra-širokú vektorovú jednotku, a je preto ideálny na paralelizáciu a vektorizáciu. Implementácia využíva OpenMP verzie 4.0, ktorá prináša niektoré nové možnosti ako napríklad explicitnú vektorizáciu. Dosiahnuté výsledky boli namerané počas rozsiahlych experimentov.
|
host ::
RSS.