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Universität Erlangen-Nürnberg

Bachelor of Science Informatik

Prof. Dr.

2024

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Rechnerarchitekturen für Deep-Learning Anwendungen - Cheatsheet
Rechnerarchitekturen für Deep-Learning Anwendungen - Cheatsheet Von-Neumann-Architektur Definition: Speicherprogrammierte Architektur mit gemeinsamer Nutzung von Speicher für Programm und Daten. Details: Besteht aus fünf Hauptkomponenten: Steuerwerk, Rechenwerk, Speicher, Ein-/Ausgabe-Einheiten und Bus. Zentraler Baustein ist der Speicher, der sowohl Programme als auch Daten enthält. Steuerwerk li...

Rechnerarchitekturen für Deep-Learning Anwendungen - Cheatsheet

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Rechnerarchitekturen für Deep-Learning Anwendungen - Exam
Rechnerarchitekturen für Deep-Learning Anwendungen - Exam Aufgabe 1) Die Von-Neumann-Architektur ist eine speicherprogrammierte Architektur, die eine gemeinsame Nutzung des Speichers für Programm und Daten vorsieht. Sie besteht aus fünf Hauptkomponenten: Steuerwerk, Rechenwerk, Speicher, Ein-/Ausgabe-Einheiten und Bus. Der zentrale Baustein ist der Speicher, der sowohl Programme als auch Daten ent...

Rechnerarchitekturen für Deep-Learning Anwendungen - Exam

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Was ist die Definition der Von-Neumann-Architektur?

Nennen Sie die fünf Hauptkomponenten der Von-Neumann-Architektur.

Warum kann der Von-Neumann-Flaschenhals Performance-Engpässe verursachen?

Was sind GPUs und TPUs?

Wofür sind TPUs speziell optimiert?

Welche Programmierschnittstellen werden für GPUs und TPUs genutzt?

Was ist das Ziel von Quantisierung und Pruning in Rechnerarchitekturen für Deep-Learning Anwendungen?

Welche Methode reduziert die Präzision der Gewichte und Aktivierungen?

Was ist eine Methode des Prunings?

Was ist Datenparallelismus im Kontext von verteilten Trainingsmethoden für neuronale Netzwerke?

Beschreiben Sie die Parameter-Server-Architektur.

Was versteht man unter 'Verteilte SGD'?

Was sind Low-Power Design-Techniken?

Nennen Sie eine Technik aus dem Low-Power Design.

Welche Technik passt Spannung und Frequenz basierend auf der Auslastung an?

Was ist eine Befehlssatz-Architektur (ISA)?

Welche Hauptkategorien von ISAs gibt es?

Nenne eine ISA, die für Deep Learning-Anwendungen spezifiziert ist.

Was versteht man unter CUDA-Programmierung?

Welche Hierarchie ist bei der CUDA-Programmierung erforderlich?

Welche wesentlichen APIs sind bei der CUDA-Programmierung von Bedeutung?

Was ist eine Pipeline in der Rechnerarchitektur?

Welche Stufen umfasst eine Pipeline?

Was versteht man unter superskalaren Prozessoren?

Weiter

Diese Konzepte musst du verstehen, um Rechnerarchitekturen für Deep-Learning Anwendungen an der Universität Erlangen-Nürnberg zu meistern:

01
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Grundlagen der Rechnerarchitektur

Diese Sektion behandelt die grundlegenden Konzepte und Komponenten moderner Rechnersysteme. Der Fokus liegt auf der Struktur und Funktionsweise von CPUs und Speicherarchitekturen.

  • Von-Neumann-Architektur
  • Speicherhierarchien und Cache-Design
  • Befehlssatz-Architekturen (ISA)
  • Pipeline und Superskalare Prozessoren
  • Virtueller Speicher und Speicherverwaltung
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02
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Hardwarebeschleunigung für Deep Learning

In diesem Abschnitt werden spezialisierte Hardwarelösungen für die Beschleunigung von Deep Learning Anwendungen vorgestellt. Der Schwerpunkt liegt auf GPU- und TPU-Architekturen.

  • Grafikkarten (GPUs) und Tensor Processing Units (TPUs)
  • Programmierung von GPUs mit CUDA
  • Vergleich von CPU, GPU und TPU Leistung
  • Architektonische Besonderheiten von Deep Learning Beschleunigern
  • Forschung und Entwicklungen im Bereich Hardwarebeschleunigung
Karteikarten generieren
03
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Optimierung von Deep Learning Modellen

Der Fokus dieser Sektion liegt auf Techniken und Strategien zur Optimierung von Deep-Learning-Modellen für Effizienz und Leistung.

  • Quantisierung und Pruning
  • Hyperparameter-Tuning
  • Batch-Normalization und Regularisierungstechniken
  • Modellkompression und Speicheroptimierung
  • Optimierungsalgorithmen (z.B. Adam, RMSProp)
Karteikarten generieren
04
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Parallele und verteilte Systeme

Hier werden die Prinzipien und Technologien behandelt, die hinter parallelen und verteilten Systemen stehen, mit besonderem Fokus auf deren Anwendung im Deep Learning.

  • Grundlagen paralleler Programmierung
  • Verteilte Trainingsmethoden für Neuronale Netzwerke
  • MapReduce und andere verteilte Rechenmodelle
  • Kommunikationsprotokolle und Synchronisation
  • Cluster- und Cloud-Computing für Deep Learning
Karteikarten generieren
05
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Energieeffizienz in der Rechnersystemen

Dieser Abschnitt befasst sich mit den Methoden zur Verbesserung der Energieeffizienz in Computern, insbesondere bei der Ausführung von Deep Learning Anwendungen.

  • Energieverbrauch und -management in CPUs und GPUs
  • Low-Power Design-Techniken
  • Energieeffiziente Algorithmendesigns
  • Thermisches Management und Kühlung
  • Fallstudien von energieeffizienten Rechenzentren
Karteikarten generieren

Alles Wichtige zu diesem Kurs an der Universität Erlangen-Nürnberg

Rechnerarchitekturen für Deep-Learning Anwendungen an Universität Erlangen-Nürnberg - Überblick

Die Vorlesung 'Rechnerarchitekturen für Deep-Learning Anwendungen' an der Universität Erlangen-Nürnberg bietet Dir eine umfassende Einführung in die verschiedenen Aspekte der Rechnerarchitektur, die speziell auf Anwendungen im Bereich des Deep Learning ausgerichtet sind. In dieser Vorlesung erfährst Du, wie moderne Hardware und Architektur Design helfen, die Leistung von Deep Learning Modellen zu maximieren. Die Unterrichtseinheiten kombinieren theoretische Vorträge und Diskussionsrunden mit praktischen Übungen, die sowohl Gruppenprojekte als auch Programmieraufgaben umfassen. Diese Struktur stellt sicher, dass Du nicht nur theoretisches Wissen erlangst, sondern es auch praktisch anwenden kannst.

Wichtige Informationen zur Kursorganisation

Kursleiter: Prof. Dr.

Modulstruktur: Die Vorlesung besteht aus einem theoretischen Teil und praktischen Übungen. Der theoretische Teil wird in Form von Vorträgen und Diskussionen gehalten. Die praktischen Übungen beinhalten Programmieraufgaben und Projekte, die in Gruppen durchzuführen sind.

Studienleistungen: Die Wissensprüfung erfolgt durch eine schriftliche Klausur am Ende des Semesters.

Angebotstermine: Die Vorlesung wird im Wintersemester angeboten.

Curriculum-Highlights: Grundlagen der Rechnerarchitektur, Hardwarebeschleunigung für Deep Learning, Optimierung von Deep Learning Modellen, Parallele und verteilte Systeme, Energieeffizienz in der Rechnersystemen

So bereitest Du Dich optimal auf die Prüfung vor

Beginne frühzeitig mit dem Lernen, idealerweise schon zu Beginn des Semesters, um Dir die nötige theoretische Basis anzueignen.

Nutze verschiedene Ressourcen, wie Bücher, Übungsaufgaben, Karteikarten und Probeklausuren, um dein Wissen zu vertiefen.

Schließe Dich Lerngruppen an und tausche Dich mit anderen Studierenden aus, um gemeinsam Lösungsstrategien zu entwickeln.

Vergiss nicht, regelmäßige Pausen einzulegen und in diesen Zeiten komplett abzuschalten, um eine Überbelastung zu vermeiden.

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