龙芯GS464E处理器核架构设计

龙芯GS464E是龙芯公司最新推出的高性能处理器核架构.在本文中,将介绍GS464E架构的核心特性.相比于之前的GS464架构,重点强化了访存性能和分支预测准确率,实现了MIPS DSP指令集和虚拟机支持,增大了处理器中各项队列的项数,并增大了Cache容量和TLB容量.访存子系统拥有3级Cache结构,每一级都采用LRU替换策略,可以支持多核缓存一致性协议.经过上述强化设计,GS464E处理器核已成为一个创新性的高性能处理器核架构.     

高性能多核处理器申威1600

申威1600是国内首款16核高性能通用处理器,具有高性能、低功耗等特点.本文首先介绍了申威1600处理器的研制背景,然后详细描述了申威1600在结构设计、性能提高以及降低功耗各方面的设计思路,给出了物理实现结果和性能与功耗测试数据,并介绍了申威1600在高性能计算机上的应用情况,最后提出未来发展的思路.     

“魂芯一号”数字信号处理器及其应用

数字信号处理器(DSP)是在高密集计算领域综合计算性能最高的一种处理器.中国电子科技集团公司第38研究所在"核高基"重大专项支持下经过6年时间潜心研究,成功完成"魂芯一号"的研制并在实际产品上得到很好的应用,达到原先确定的目标.本文回顾了数字信号处理器(DSP)的发展历程和典型特点,介绍了我国自主研制的通用DSP器件"魂芯一号"设计的基本思路、研制过程和应用推广情况.     

面向分布式存储系统结构的OpenMP编译系统

OpenMP是目前面向共享存储系统结构的工业标准.与面向分布式存储系统结构的消息传递标准MPI相比,OpenMP规范具有易编程和支持增量并行等优点.如何有效地将OpenMP扩展到分布式存储系统结构且具有高性能是一直关注的热点.文中介绍一个面向分布式存储系统结构的OpenMP编译系统——KLCoMP.基于"部分数组共享"存储模型,为该编译器研发了基于过程间分析的共享数组识别算法、基于生产者/消费者关系的优化技术和针对非线性引用的通信生成技术.实验采用9个标准测试用例并覆盖计算流体力学、整数排序、分子动力学、地震模拟和计算化学等多个领域.通过与MPI版本进行对比表明KLCoMP版本具有与其相当的可扩展性.另外通过与国际同类编译器Omni+SCASH、LLCoMP和OpenMP(Purdue)翻译后程序进行性能对比表明,KLCoMP版本特别是对于非规则应用能够获得更高的效率.     

基于OpenMP多线程动态负载均衡技术研究

本文指出了并行编程模型在多核处理器时代的重要性,探讨了目前对OpenMP在性能分析、线程锁同步与竞争、模型扩展与改进等方面的研究.以OpenMP中的负载均衡为对象,提出了实现动态负载均衡的关键技术及方法,综合考虑处理器中核的数量、操作系统线程调度策略、系统当前和历史负载情况等因素.选用开发源代码的Linux作为操作系统,以及支持OpenMP的GCC-4.2.3作为编译器.通过分析和修改GCC中支持OpenMP功能的源代码实现动态负裁均衡.     

基于改进型XFEM的裂纹分析并行软件实现

扩展有限元法(XFEM)目前已成为裂纹分析的主流数值方法.然而,在实际应用中该方法一直受到两方面的困扰:总体刚度矩阵高度病态以及动力学计算时额外自由度上的能量无法正确传递.前者导致在以迭代法求解为主的大规模计算中难以收敛,后者导致动力学求解精度低、实施困难.为解决这两大困扰,基于无额外自由度单位分解插值格式,提出改进型扩展有限元法(IXFEM).基于该方法,在高性能数值模拟软件开发框架JAUMIN上开发裂纹分析并行软件—PANDA_Fracture.实际算例表明, PANDA_Fracture软件具有如下特色:1)允许引入高精度裂尖加强,支持裂纹任意长度扩展; 2)同时支持动力学裂纹问题隐式求解与显式求解; 3)支持任意多裂纹问题高效求解; 4)支持上千CPU核高性能可扩展计算.     

高性能地学计算进展

地学计算是用计算机解决复杂的空间问题的艺术和科学.计算科学使用计算机去研究科学问题,高性能地学计算(HPGC)是高性能计算科学到地理科学的应用.它将高性能计算资源应用于各种类型的地理科学数据、信息和模型,来解决地球科学问题.它使用计算科学理念发展了专业学科理论、算法、体系结构、系统、支撑工具和基础设施.高性能地学计算的应用领域主要包括空间数据分析、动态建模、仿真、时空动力学、可视化、虚拟现实、采用非传统数据采集与分析技术的应用.本文介绍了高性能地学计算的发展、基本模式和分类.分析了当前国内外的研究现状,从关键技术等方面,重点阐述了具有代表性地学网格计算应用项目.最后总结了高性能地学计算未来的两大发展趋势.     

空中/地面机器人异构协同技术研究:现状和展望

多空中/地面机器人异构协同是一个新的前沿性技术领域,该技术可拓宽空中机器人和地面机器人的应用范围,提高其侦察、搜救及执行其它任务的效率.本文对空中/地面机器人的异构协同技术中的群集运动、编队控制、编队控制稳定性分析、网络控制、实际应用等核心问题进行了系统综述,并分析空中/地面机器人异构协同技术的未来发展趋势.     

面向21世纪的高性能计算技术

本文阐述了高性能计算技术的重要性,列举了高性能计算技术正在应用和即将应用的领域,并举三个具体的应用例子说明对高性能计算的需求和高性能计算机怕起的作用;对高性能计算系统的现状和展望作了一些介绍,包括高性能计算机的体系结构,实现技术,ＭＰＰ系统存在的问题以及性能进一步提高后对系统软件和算法带来的挑战,产指出为了节省经费,某些需要超高性能的计算机的问题可由专用计算机来解决以及网络计算是高性能计算系统的发     

Garden:一种面向领域语言的集成开发环境

随着计算机技术的发展,通用语言已经不能满足各种领域应用程序开发的需要.由于领域语言提供领域专用术语和符号的概念,支持该领域中的各种处理,能够简洁、有效地构造该领域应用程序,因此,领域语言成为当前计算机语言研究中的热点.文中在面向模型的变换型软件开发方法和语言的抽象与封装机制研究的基础上,设计与实现了一种面向语言的领域语言的集成开发环境Garden,它包括软件开发环境和程序开发环境.软件开发环境以GarAda解释器为核心,用于支持领域语言开发的各过程;程序开发环境以领域语言编译器为核心,用于支持领域用户程序开发的各过程.Garden的研制成功,为领域语言的自动生成探索了一条切实可行的途径.     

基于JASMIN框架的快速多极子并行解法器

快速多极子方法将N体问题的计算复杂度从O(N2)降到O(NlogN)或O(N),已应用于电磁散射和位错动力学等领域.在将快速多极子方法分离为共性和个性两部分后,设计了可供多个领域应用程序共享使用的快速多极子并行解法器,并在JASMIN框架内实现.该解法器封装共性部分,提供抽象接口支持用户按串行方式实现个性部分.共性部分包括多个网格层的分布存储、层间和层内数据通信以及组织计算等.个性部分包括与应用紧密相关的多极展开和局部展开以及转移算子等.该解法器已应用于两个领域的并行程序.数值模拟测试表明,它在1024个处理器上的并行效率可达到80%以上.     

uClinux操作系统的移植

在高端产品中,越采越细的分工要求嵌入式系统面向特定的产品,专用硬件和应用软件相结合.uClinux作为开源操作系统是许多嵌入式产品的首选.它是专为无MMU的微控制器开发的嵌入式Linux操作系统.支持众多嵌入式处理器类型,具有完善的各类驱动支持.本文主要是针时具体的硬件系统,讨论了源代码的组织结构,概括分析了uClinux的进程管理,并对uClinux内核的启动过程和内存管理进行了源代码级的讨论.为移植做出必要的修改,并对其进行了成功的移植.     

基于网络的可信软件大规模协同开发与演化

随着网络时代的来临,软件的开发模式、运行环境和提供方式发生了巨大变化.互联网作为一种开放的协同工作环境,其中孕育的大规模协同创作机理对软件开发和应用产生了深刻影响.如何将其与工业化可信软件生产相结合以提高软件生产效率和质量,是网络时代软件技术面临的新课题.本文提出汇聚群体智慧的可信软件开发新方法——群体化方法,该方法的核心是"群体协同、资源分享、运行监控、可信分析",支持创新软件作品向可信软件产品转化,支持软件的可信演化.提出一种基于证据的可信软件概念模型,将软件在开发阶段、分享阶段和应用阶段的基础数据作为软件的可信证据,并据此建立了软件演化过程模型;提出一种支持可信软件协同开发与演化的服务模型,支持软件创作与生产深度协同的可信软件社会化生产、开放有序的可信软件资源分享,以及基于海量数据分析的软件可信评估.最后以"十一五"国家高技术研究发展计划重点项目"高可信软件生产工具及集成环境"为背景,阐述了面向群体化方法的关键技术、开发环境和应用实践.     

能源互联网与能源路由器

日益紧张的能源供需矛盾和环境压力等要求可再生清洁能源应该在未来能源体系中承担主要能源供给任务.能源传输技术、存储技术、信息通信以及高性能计算技术的发展为有效利用分布式、间歇性可再生能源提供了技术支持.针对类似于信息互联网式的能源互联网愿景,本文探讨了以能源路由器为核心交换装置的能源互联网实现模型,从能源路由器的实现目标,已有支撑技术和实现部署方式等方面分析了涉及的关键技术,并结合已有研究成果说明了该领域亟需突破的研究方向.     

基于可重构的星载数据处理系统结构研究

通过分析当前星栽计算系统(OBCS)在性能、可靠性和成本上面临的挑战,指出可重构计算技术能很好地解决OBCS海量数据处理问题.给出当前OBCS的一个总体结构,提出了一个基于LEON2处理器核的可重构星载计算系统结构.通过比较几种典型的OBCS的数据处理能力,结果表明以LEON2为协处理器的可重构星载计算系统在处理海量数据方面有着较好的性能.     

一种集成通用高超声速飞行器气动工程预测系统

本文建立了一种面向高超声速飞行器的集成通用气动预测系统.通过引入CAD/CG建模技术实现了复杂飞行器3D几何模型的快速准确建模,并可以利用网络上的共享模型资源直接计算.引入FEM技术和自由网格生成算法,实现了复杂飞行器模型的快速网格生成.设计并开发了通用面元几何分析程序,建立了外法线快速矫正方法.基于面元气动分析理论开发了面元气动分析求解器,实现了面元气动计算和整机气动参数整合,能计算飞行器的气动力、力矩和气动导数.通过软件集成调用技术,将几何建模、面元划分、面元分析、面元气动计算以及后处理集成在统一的软件系统中,实现了高超声速飞行器气动参数的全自动计算与分析.HTV-2和航天飞机的仿真计算结果表明了该系统的有效性.     

大规模多源遥感数据应用分析与系统实现

随着对地观测技术的发展,人类获取遥感数据的途径和方式也越来越多,遥感数据呈现出大数据的特征.本文通过对大规模多源遥感数据应用所面对的问题进行分析,总结出遥感数据具有总量大、来源多与文件格式不一致、多尺度与投影方式多样、结构复杂以及与其他领域数据具有较大差异等特点.针对大规模多源遥感数据的协同处理应用,提出了解决这类应用需要在统一的数据结构及抽象层次、生产及管理的统一剖分参考框架和分布式高性能处理3个方面开展工作,并介绍了多源数据协同定量遥感产品生产系统在这3方面的实现途径.     

基于ARM的GPS接收机设计

随着GPS系统的广泛应用，作为系统用户设备部分的GPS接收机，已经成为国内外的研发热点。本介绍了一种基于ARM核的双芯片（即基带处理器＋射频前端）GPS接收机的硬件设计方案，该GPS接收机具有体积小、功耗低、集成度高的特点。     

多源异构感知数据融合方法及其在目标定位跟踪中的应用

物联网的全面感知产生了海量的感知数据,并且感知数据呈现为显著的多源异构性.因此,如何实现海量多源异构感知数据的智能处理是一个具有挑战性的课题.数据融合是处理多模态数据并挖掘提取有价值信息的有效手段,但针对多源异构数据,特别是非结构化的视频多媒体信息,如何实现高效的融合计算还面临许多问题需要解决.本文针对物联网多源异构感知信息的处理问题,提出多层次的多源异构数据融合方法,并以基于无线信号、视频和深度感知数据的目标定位跟踪应用为切入点,重点研究多源异构数据的处理、特征表示和数据融合方法.根据不同类型数据的特性采用不同的数据融合方法,通过挖掘无线信号、视频和深度等多源异构数据内在的关联性,实现多源异构数据有价值信息的有效利用.实际复杂场景的实验表明,本文提出的基于多源异构数据融合的目标跟踪和定位方法,能够解决传统依赖单源同质数据的目标跟踪方法所面临的光照变化和遮挡交错等难点问题,并且可以获得较为准确的运动目标三维位置,具有良好的跟踪定位效果.     

玻璃基因工程研究

Science在创刊125周年之际,将"玻璃态物质的本质是什么"这一科学问题列为125个最具挑战性的科学问题之一.由于玻璃态物质的结构不确定性,玻璃性质的预测一直面临很多困难,这严重阻碍了功能玻璃的快速研发.目前高性能功能玻璃的研发主要靠经验和试错,存在研发周期长、成本高和效率低等问题.本文从无机玻璃的亚稳态组成图出发,采用热力学法预测玻璃的形成区,提出将玻璃形成区中的玻璃态化合物作为"玻璃基因",并用"玻璃基因"计算了不同体系玻璃的性质,计算结果与实验结果基本一致.此外,"玻璃基因"也可预测"锗反常"现象."玻璃基因"的提出对玻璃结构和性质预测有重要的意义,为玻璃科学的发展提供了新思路.