Аттестационный лист: Дифференцированный зачет

Итоговая комплексная аттестация по дисциплине «ОП.02 Архитектура аппаратных средств». Комплексное проектирование вычислительного узла, системные расчеты и инженерный аудит дефектов (10-балльная шкала).

Фамилия, Имя обучающегося:

Учебная группа:

Выберите вариант проекта:

Вариант 1: Высокоплотный узел виртуализации и СУБД Enterprise

Техническое задание и спецификация платформы

Спроектируйте высоконагруженный 2-сокетный сервер СУБД (PostgreSQL / Redis) в шасси 2U. Состав: 2x CPU AMD EPYC 9654 (Genoa, 96 ядер каждый, TDP 360W) либо Intel Xeon Platinum 8480+, 24 канала памяти DDR5-4800 ECC Registered (1.5 ТБ ОЗУ, схема 1DPC), 8x Enterprise NVMe SSD PCIe 5.0 x4 U.2/E3.S, 2-портовый сетевой адаптер 100GbE.

1. Архитектурное обоснование платформы и топологии шин (макс. 6 баллов):

Обоснуйте выбор процессорной архитектуры x86-64, схему 1DPC для DDR5, топологию межпроцессорного интерконнекта (Infinity Fabric / UPI), распределение 128 линий PCIe 5.0 между сетевыми платами и дисковыми пулами двух сокетов, влияние NUMA-локальности памяти на задержки транзакций СУБД.

2. Инженерные расчеты пропускной способности памяти и дисковой подсистемы (макс. 2 балла):

Рассчитайте теоретическую и эффективную ПСП 24 каналов памяти DDR5-4800 (с учетом КПД 85%). Рассчитайте суммарный потенциал IOPS пула из 8 накопителей NVMe (по 1.5 млн IOPS на диск) и сопоставьте требуемую полосу пропускания с возможностями шины PCIe 5.0 x4 (кодирование 128b/130b).

3. Аудит и устранение скрытого дефекта питания и охлаждения (макс. 2 балла):

Симптом: Сервер самопроизвольно перезагружается под 100% нагрузкой СУБД. Температура процессоров в норме (68°C). Лог BMC фиксирует аварию «VRD Over-Temperature Fault». Локализуйте причину перегрева силовых сборок DrMOS VRM в аэродинамической тени радиаторов CPU и предложите регламент устранения.

Вариант 2: Кластерный узел машинного обучения / AI Training

Техническое задание и спецификация платформы

Спроектируйте архитектуру сервера распределенного обучения нейросетей (LLM Training). Состав: 2x хост-процессора CPU x86/ARM, 4x ускорителя NVIDIA H100 SXM5 / PCIe (TDP 450-700W), межчиповая матрица NVLink 4, сетевой интерконнект InfiniBand NDR 400G с поддержкой технологии GPUDirect RDMA.

1. Архитектурное обоснование интерконнекта и Scale-Out (макс. 6 баллов):

Обоснуйте, почему шина PCIe 5.0 x16 (63 ГБ/с) является узким горлышком для распределенной операции AllReduce, и какую роль играет коммутация NVSwitch (900 ГБ/с на GPU). Опишите архитектурный механизм GPUDirect RDMA для прямого обмена данными между HBM3 GPU и сетью 400G в обход CPU хоста.

2. Инженерные расчеты энергетического баланса и термопрофиля стойки (макс. 2 балла):

Рассчитайте суммарную потребляемую мощность узла (GPU, CPU, DDR5, PCIe-коммутаторы, высоконапорные вентиляторы). Рассчитайте тепловыделение серверной стойки при размещении 8 таких узлов. Обоснуйте выбор системы охлаждения (воздушное vs DLC жидкостное).

3. Аудит и устранение скрытой аварии питания импульсными бросками (макс. 2 балла):

Симптом: Узел аварийно отключается блоком питания ровно в момент старта AllReduce. Средняя мощность 2400 Вт при двух БП по 2000 Вт в режиме 1+1. Объясните физику импульсных бросков токов тензорных ядер $dI/dt$ и сформируйте регламент решения (режим БП 2+0, профиль Power Capping).

Вариант 3: Мобильная инженерная станция повышенной надежности

Техническое задание и спецификация платформы

Спроектируйте архитектуру портативной рабочей станции для прочностного и гидродинамического моделирования (CAD/CFD). Компоненты: CPU x86-64 PRO / ARM SoC, память LPDDR5X ECC, графический ускоритель NVIDIA RTX Ada Generation Mobile (12 ГБ GDDR6 ECC), док-интерфейс Thunderbolt 4, предельная емкость батареи 99.9 Вт*ч.

1. Архитектурное обоснование надежности и периферии (макс. 6 баллов):

Обоснуйте критическую необходимость аппаратной защиты памяти ECC для предотвращения искажения результатов конечно-элементного анализа (FEA). Детализируйте протокол туннелирования Thunderbolt 4 (разделение шин PCIe 32 Гбит/с и видеопотока DisplayPort).

2. Инженерные расчеты полосы интерфейсов и автономности (макс. 2 балла):

Рассчитайте битрейт двух внешних мониторов 4K@60Hz и определите остаточную ПСП туннеля PCIe для внешнего NVMe накопителя. Рассчитайте автономность ноутбука от батареи 99.9 Вт*ч при максимальной нагрузке 150 Вт и при лимитированном профиле энергосбережения 70 Вт.

3. Аудит и устранение скрытого дефекта термотроттлинга BD PROCHOT (макс. 2 балла):

Симптом: Спустя 15 минут рендера процессор сбрасывает частоту до 800 МГц (BD PROCHOT), хотя датчики ядер показывают комфортные 72°C. Выявите причину перегрева силовых ключей цепей питания GPU (NVVDD) из-за некондиционной термопрокладки (1.5 мм вместо 0.5 мм) и укажите регламент исправления.

Вариант 4: Отказоустойчивый шлюз Edge Computing для промышленного IoT

Техническое задание и спецификация платформы

Спроектируйте необслуживаемый периферийный шлюз автоматизации насосной подстанции. Состав: гетерогенная SoC NXP i.MX 8M Plus (4x Cortex-A53 + Cortex-M7 RTOS + NPU), память LPDDR4 In-Line ECC, Flash pSLC eMMC, безвентиляторный герметичный корпус IP67, гальванически изолированные порты RS-485 и CAN.

1. Архитектурное обоснование гетерогенности и детерминизма (макс. 6 баллов):

Обоснуйте разделение задач между ядрами Linux (аналитика, MQTT, Docker) и ядром реального времени Cortex-M7 (жесткий опрос полевых шин). Обоснуйте выбор накопителя pSLC eMMC и отказ от активного охлаждения (Fanless) для условий агрессивной среды.

2. Инженерные расчеты надежности MTBF и таймингов CAN (макс. 2 балла):

Рассчитайте суммарную интенсивность отказов $\lambda$ в FIT и наработку на отказ MTBF (в часах и годах). Рассчитайте загрузку шины CAN 2.0B (500 кбит/с) при циклическом опросе 10 датчиков кадрами по 130 бит каждые 10 мс.

3. Аудит и устранение аварии выгорания трансиверов RS-485 (макс. 2 балла):

Симптом: При пуске высоковольтного насоса шлюз зависает с Kernel Panic, а порт RS-485 выгорает. Вскройте схемотехническую ошибку заземления экрана витой пары с двух сторон и отсутствия изолированного DC-DC питания ($V_{iso}$). Сформируйте регламент защиты.

✓ Данные успешно сохранены в локальном хранилище браузера

Критерии оценивания зачетной работы (макс. 10 баллов)

Критериальный блок	Макс. балл	Критерии выставления баллов
1. Архитектурное обоснование	6 баллов	Полнота топологии узла, выбор CPU/SoC, контроллеров памяти, линий PCIe/NVLink/CXL, балансировка NUMA, учет законов Амдала и предела Деннарда.
2. Инженерные расчеты	2 балла	Математически строгие расчеты ПСП памяти, шин (с оверхедом 128b/130b), расчет мощности, токов или надежности MTBF с формулами и размерностями.
3. Аудит скрытых дефектов	2 балла	Точная локализация аппаратного сбоя (VRM, броски токов $dI/dt$, BD PROCHOT, земляная петля), физическое обоснование и план предотвращения аварии.

Шкала перевода в отметку: 9–10 баллов — «Отлично» (5); 7–8 баллов — «Хорошо» (4); 5–6 баллов — «Удовлетворительно» (3); менее 5 баллов — «Неудовлетворительно» (2).