|
|
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.
|
|
|
Optimalizace distribuovaného I/O subsystému projektu k-Wave
Vysocký, Ondřej ; Hrbáček, Radek (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Práce se zabývá řešením efektivního paralelního zápisu velkých objemů dat na souborovém systému Lustre. Cílový program je navržen pro projekt k-Wave simulující šíření akustických a ultrazvukových vln. Tato simulace pro svou výpočetní a datovou náročnost vyžaduje spouštění na superpočítači a implementaci pomocí knihoven pro paralelní zpracování (Open MPI) a pro uložení velkých objemů dat (HDF5). Výsledný program je implementován v jazyce C s využitím zmíněných knihoven. Správným nastavením souborového systému Lustre bylo dosaženo rychlosti 2,5 GB/s, jež odpovídá 5-ti násobnému zrychlení nativního zápisu, který byl následně pomocí techniky agregace dat zrychlen až na 3 GB/s, což naráží na teoretické limity diskového pole superpočítače Anselm.
|
|
|
Generátor ladicího nástroje na čipu
Hrbáček, Radek ; Mecera, Martin (oponent) ; Hruška, Tomáš (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá návrhem a implementací ladicího rozhraní procesoru a jeho napojení na hardware generovaný nástroji projektu Lissom. V práci jsou nejprve podrobně popsány standardy JTAG a Nexus 5001, kterým implementované rozhraní vyhovuje. Praktická část práce zahrnuje popis vyvinutého nástroje a jeho testování. Výsledkem práce je funkční ladicí nástroj otestovaný společně s procesorem Codea na výukové platformě FITKit.
|
|
|
Koevoluční algoritmus v FPGA
Hrbáček, Radek ; Vašíček, Zdeněk (oponent) ; Drahošová, Michaela (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá návrhem hardwarové jednotky urychlující návrh obrazových filtrů pomocí koevolučních algoritmů. V práci je nejprve představena technologie rekonfigurovatelných logických obvodů, na kterých je akcelerační jednotka založena. Teoretická část dále stručně popisuje evoluční a koevoluční algoritmy, jejich principy a aplikace. Tradiční metody návrhu obrazových filtrů jsou porovnány s metodami inspirovanými procesy pozorovanými v přírodě. Navržená hardwarová jednotka využívá dvojici procesorů MicroBlaze doplněných o vlastní periferie pro akceleraci kartézského genetického programování. Koevoluční návrh obrazových filtrů je tak urychlen až 58 krát oproti optimalizované softwarové implementaci. Funkčnost jednotky je ověřena na úlohách návrhu filtru impulzního šumu a detektoru hran.
|
|
|
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.
|
|
|
Adaptivní generování příběhu v RPG
Vymazal, Jiří ; Grochol, David (oponent) ; Hrbáček, Radek (vedoucí práce)
Procedurální generování příběhu nabízí mnoho výhod například pro přostředí počítačových her. Ovšem, zachování alespoň některých kvalit autorského vyprávění při algoritmickém generování je náročný problém. Tento je v práci diskutován současně s přehledem existujících přístupů a řešení. Dále je v práci prezentován návrh řešení založeného na evolučním počítání a výhody tohoto přístupu. Následuje popis použití tohoto přístupu na řízení jednoduchého příběhu v RPG prostředí, vyhodnocení výsledků a srovnání se současnými metodami.
|
|
|
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.
|
|
|
Koevoluce obrazových filtrů a prediktorů fitness
Trefilík, Jakub ; Hrbáček, Radek (oponent) ; Drahošová, Michaela (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá využitím principů koevoluce pro návrh obrazových filtrů. Evoluční algoritmy se pro vývoj obrazových filtrů ukazují jako velmi výhodná metoda. Použitím koevoluce prediktorů fitness vnášíme do evolučního návrhu procesy, které vzájemným ovlivňováním populace kandidátních filtrů s populací prediktorů fitness dokáží zrychlit konvergenci řešení. Prediktor fitness je malá podmnožina množiny trénovacích vektorů a používá se k přibližnému určení fitness kandidátních filtrů. V této práci je pro evoluci prediktorů fitness využito nepřímé kódování, které reprezentuje matematický výraz, pomocí něhož jsou vybírány trénovací vektory použité pro vyhodnocení fitness kandidátních filtrů. Tento přístup byl experimentálně vyhodnocen v úloze evolučního návrhu náhodného impulzního šumu a šumu typu sůl a pepř pro různé intenzity šumu a také v úloze návrhu detektoru hran. Ukázalo se, že pomocí tohoto přístupu prediktory fitness přizpůsobují počet použitých trénovacích vektorů pro vyhodnocení kandidátního filtru souběžně s řešením úlohy a tím snižují výpočetní náročnost evolučního návrhu obrazových filtrů.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.