Giovanni ALOISIO

Giovanni ALOISIO

Professore I Fascia (Ordinario/Straordinario)

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/05: SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI.

giovanni.aloisio@unisalento.it

Dipartimento di Ingegneria dell'Innovazione

Centro Ecotekne Pal. O - S.P. 6, Lecce - Monteroni - LECCE (LE)

Ufficio, Piano terra

Telefono +39 0832 29 7221 +39 0832 29 7304

Area di competenza:

ING-INF 05 Sistemi di Elaborazione delle Informazioni

Orario di ricevimento

Tutti i giorni previo appuntamento via email

Visualizza QR Code Scarica la Visit Card

Curriculum Vitae

 Giovanni Aloisio is Full professor of Information Processing Systems at the Dept. of Innovation Engineering of the University of Salento, Lecce, Italy, where he leads the HPC laboratory. Former director of the “Advanced Scientific Computing” (ASC) Division at the Euro-Mediterranean Center on Climate Change (CMCC), he is now a member of the CMCC Strategic Council and Director of the CMCC Supercomputing Center. His expertise concerns high performance computing, grid & cloud computing and distributed data management. From 1986 to 1990 he contributed to the Caltech Concurrent Computation Program (C3P) led by Geoffrey C. Fox at the California Institute of Technology, investigating the efficiency of the Hypercube architecture in Real-Time SAR data processing. From 1991 to 1994, he collaborated with the Center for Advanced Computing Research (CACR) led by Paul Messina at the California Institute of Technology on High Performance Distributed Computing projects. He also collaborated with Carl Kesselman of the Information Sciences Institute on the use of Computational Grids for the management of large collections of scientific data. He has been a co-founder of the European Grid Forum (Egrid), which then merged into the Global Grid Forum (GGF), now Open Grid Forum (OGF). He has been involved into several EU grid projects such as GridLab, EGEE, IS-ENES1. He has been responsible for ENES (European Network for Earth System Modelling) in the EU-FP7 EESI (European Exascale Software Initiative) project, chairing the Working Group on Weather, Climate and solid Earth Sciences (WCES). He has also contributed to the IESP (International Exascale Software Project) exascale roadmap. He has been the chair of the European panel of experts on WCES that has contributed to the PRACE strategic document "The Scientific Case for HPC in Europe 2015-2020". Presently, he is coordinating CMCC activities into several EU FP7 projects such as EUBrazilCC, IS-ENES2, CLIP-C and the G8 ExArch. As CMCC, he is also the coordinator of the OFIDIA (Operational FIre Danger preventIon plAtform) project, in the context of the European Territorial Cooperation Program Greece-Italy 2007-2013. He is responsible for the University of Salento (as PRACE Third Party) in the EU-FP7 EESI2 project, chairing the WCES Working Group. He is a member of the ENES HPC Task Force. He is the author of more than 100 papers in referred journals on high performance computing, grid & cloud computing and distributed data management. 

Calcolatori Elettronici

CdL Ingegneria dell'Informazione - 6 CFU

Anno: III
 

Periodo lezioni: II semestre

 

Obiettivi del corso:

Il Corso è finalizzato allo studio della struttura dei calcolatori elettronici sequenziali. Vengono esposti i principi quantitativi per misurare le prestazioni ed i criteri per l'analisi del rapporto costo/prestazioni. Vengono affrontate, dal punto di vista del progettista di calcolatori , le fasi operative del progetto di un processore RISC, arrivando a progettare in dettaglio le unità di calcolo e di controllo, per processori Single-Cycle, Multi-Cycle e Pipeline. 

Programma:

Principi di progettazione dei calcolatori: Definizione di prestazione. Confronto di prestazioni. Principi quantitativi di progettazione dei calcolatori. Legge di Amdhal. Regole di progetto. Regola di Case/Amdhal. Rapporto Costo/Prestazioni.

Progetto di un processore RISC Single-Cycle: Progetto dell’insieme istruzioni. Progetto dell'unità di calcolo e di controllo per realizzazione a ciclo singolo. Progetto dell’unità di controllo dell’ALU tramite logica sparsa. Progetto dell’unità di controllo generale tramite logica strutturata. I problemi della progettazione a ciclo singolo.

Progetto di un processore RISC Multi-Cycle: Progetto dell'unità di controllo generale e tecniche di rappresentazione delle specifiche del controllore. Diagramma a stati finiti e microprogrammazione. Approccio cablato (uso di PLA) ed approccio strutturato (uso di ROM) per la realizzazione del controllore. Uso di sequenzializzatore esplicito.

Tecnica del pipelining: le prestazioni di sistemi organizzati a pipeline. Controllo di tipo pipeline. Conflitti strutturali, conflitti di dati e conflitti di controllo. Metodi di risoluzione dei conflitti.

Testi di riferimento:

David A. Patterson and John L. Hennessy, "Computer Organization & Design - The hardware/software Interface", Morgan Kaufmann Publishers, Inc. - Second Edition, ISBN 1-55860-428-6.

Prerequisiti:

Solide conoscenze dei contenuti forniti nel corso di Fondamenti di Informatica.

Risultati di apprendimento previsti: 

- Acquisizione delle nozioni fondamentali teoriche e pratiche relative alla progettazione di un calcolatore elettronico, per poter valutare criticamente i diversi approcci di progettazione usati per migliorare le prestazioni di un sistema di calcolo sequenziale;

- Acquisizione delle conoscenze teoriche e pratiche delle principali tecniche di progettazione utilizzate nei centri di Ricerca e Sviluppo specializzati nel progetto e realizzazione di processori digitali;

- Acquisizione di una preparazione tecnica indispensabile per eseguire autonomamente la propria attività professionale in laboratori che richiedano un approccio metodologico ed una predisposizione alla progettazione e realizzazione di sistemi di elaborazione dell'informazione.

Modalità di accertamento dei risultati: 

Il conseguimento dei crediti attribuiti all’insegnamento è ottenuto mediante prova orale con votazione finale in trentesimi ed eventuale lode.

Organizzazione della didattica: 

Sono previsti 6 CFU di lezioni teoriche (54 ore). 

Modalità di frequenza: 

La frequenza alle lezioni teoriche non è obbligatoria, anche se è fortemente consigliata. 

Per il Calendario delle Attività Didattiche e le relative Aule si rimanda alla Sezione ORARIO LEZIONI del Portale della Facoltà.

Calendario delle prove d'esame:

Per il Calendario delle prove d'esame si rimanda alla sezione relativa del Portale della Facoltà

 

High Performance Computing

CdLM Computer Engineering - 9 CFU

Year: II 

2nd semester

 

Overview

The architectures of cache-based microprocessors is discussed, with a special focus on their inherent performance limitations. Developments based on multicore chips and simultaneous multithreading are also considered. General optimization strategies for serial code on cache-based architectures are presented. Simple models are used to convey the concept of “best possible” performance of loop kernels, showing how to raise those limits by code transformations. Hands-on on parallel computing will be also organized through case studies to be developed using MPI and their parallel efficiency evaluation.

Course Contents

Introduction of the course and review of previous topics covered in the first level course on Computer Architectures (2 hours).

General-purpose cache-based microprocessor architecture: Performance metrics and benchmarks. Moore’s Law. Pipelining. Superscalarity. SIMD (6 hours).

Memory hierarchies: Cache. Cache mapping. Prefetch (6hours).

Advanced Solutions: Multicore processors. Multithreaded processors. Vector processors (6 hours).

Basic optimization techniques for serial code: Scalar profiling (Function and line-based runtime profiling, Hardware performance counters, Manual instrumentation). Common sense optimizations. Simple measure, large impact. Aliasing, Computational accuracy, Register optimizations, Using compiler logs). C++ optimizations (Temporaries, Dynamic memory management, Loop kernels and iterators) (6 hours).

Data access optimization: Balance analysis and lightspeed estimates (Bandwidth-based performance modeling, The STREAM benchmarks). Storage order. Case study: The Jacobi algorithm (6 hours).

Parallel computers: Taxonomy of parallel computing paradigms. Shared-memory computers (Cache coherence, UMA, ccNUMA). Distributed-memory computers. Hierarchical (hybrid) systems. Networks (Basic performance characteristics of networks, Buses, Switched and fat-tree networks, Mesh networks, Hybrids) (6 hours).

Basics of parallelization: Parallelism (Data parallelism, Functional parallelism). Parallel scalability (Factors that limit parallel execution, Scalability metrics, Simple scalability laws, Parallel efficiency, Serial performance versus strong scalability, Refined performance models, Choosing the right scaling baseline, Case study: Can slower processors compute faster? Load imbalance) (8 hours).

Hands-on parallel computing: case studies developed using MPI and parallel efficiency evaluation (35 hours).

Reference Book

Georg Hager and Gerhard Wellein, " Introduction to High Performance Computing for Scientists and Engineers ", CRC Press, © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC - ISBN 978-1-4398-1192-4.

Prerequisite:

Good knowledge of the contents of first level courses on Informatics (Fondamenti di Informatica and Calcolatori Elettronici) and of the courses on "Parallel Algorithms" - 2nd Year (1st semester) of the 2nd Level Degree in Computer Engineering.

Learning Outcomes:

After the course the student should be able to understand how to solve a number of central issues in high performance computing, starting from a deep knowledge of the basics of modern processor architectures and serial optimization techniques that can effectively exploit the architectural features for scientific computing. 

Method of assessing results: oral + project development

The oral exam is aimed at verifying to what extent the student has gained knowledge and understanding of the selected topics of the course and is able to communicate about his understanding.

Students, divided into small groups (max two students), will also get hands-on experience, developing small projects on specific topics of the course. The max final vote is expressed as 30/30 with the possibility to get the laude

Office Hours: By appointment; contact the instructor by email or at the end of class meetings.

Organisation of teaching:

9 CFU (81 hours). 

Attendance rules and calendar of the final tests:

Compulsory attendance is requested, since attendance at lectures and laboratory is mandatory because the course is based on the "learning by doing" approach on the advanced computing resources provided. The course will be held in the HPC Lab of the Engineering Faculty.

Calendar of exams:

For the calendar of exams, please refer to the section on the Faculty Portal.

 

Didattica

A.A. 2018/2019

CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Lingua ITALIANO

Crediti 6.0

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Per immatricolati nel 2016/2017

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Lingua INGLESE

Crediti 9.0

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Per immatricolati nel 2017/2018

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

A.A. 2017/2018

CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Lingua ITALIANO

Crediti 6.0

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Per immatricolati nel 2015/2016

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Lingua INGLESE

Crediti 9.0

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Per immatricolati nel 2016/2017

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

A.A. 2016/2017

CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Crediti 6.0

Anno accademico di erogazione 2016/2017

Per immatricolati nel 2014/2015

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Crediti 9.0

Anno accademico di erogazione 2016/2017

Per immatricolati nel 2015/2016

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

A.A. 2015/2016

CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Crediti 6.0

Anno accademico di erogazione 2015/2016

Per immatricolati nel 2013/2014

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Crediti 9.0

Anno accademico di erogazione 2015/2016

Per immatricolati nel 2014/2015

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

A.A. 2014/2015

HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Crediti 9.0

Anno accademico di erogazione 2014/2015

Per immatricolati nel 2013/2014

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

Torna all'elenco
CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/05

Anno accademico 2016/2017

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Anno 3

Semestre Secondo Semestre (dal 04/03/2019 al 04/06/2019)

Lingua ITALIANO

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)
HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/05

Anno accademico 2017/2018

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Anno 2

Semestre Secondo Semestre (dal 04/03/2019 al 04/06/2019)

Lingua INGLESE

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)
CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/05

Anno accademico 2015/2016

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Anno 3

Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2018 al 01/06/2018)

Lingua ITALIANO

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)
HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/05

Anno accademico 2016/2017

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Anno 2

Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2018 al 01/06/2018)

Lingua INGLESE

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)
CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/05

Anno accademico 2014/2015

Anno accademico di erogazione 2016/2017

Anno 3

Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2017 al 02/06/2017)

Lingua ITALIANO

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)
HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/05

Anno accademico 2015/2016

Anno accademico di erogazione 2016/2017

Anno 2

Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2017 al 02/06/2017)

Lingua INGLESE

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)
CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/05

Anno accademico 2013/2014

Anno accademico di erogazione 2015/2016

Anno 3

Semestre Secondo Semestre (dal 29/02/2016 al 03/06/2016)

Lingua ITALIANO

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

CALCOLATORI ELETTRONICI (ING-INF/05)
HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/05

Anno accademico 2014/2015

Anno accademico di erogazione 2015/2016

Anno 2

Semestre Secondo Semestre (dal 29/02/2016 al 03/06/2016)

Lingua INGLESE

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)
HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/05

Anno accademico 2013/2014

Anno accademico di erogazione 2014/2015

Anno 2

Semestre Secondo Semestre (dal 02/03/2015 al 06/06/2015)

Lingua INGLESE

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

HIGH PERFORMANCE COMPUTING (ING-INF/05)

Pubblicazioni

Vedi file allegato

 

Scarica pubblicazioni

Temi di ricerca

Calcolo ad Alte Prestazioni

Grid & Cloud Computing

 

Collegamenti

CMCC (Apre una nuova finestra)