一种面向高性能计算的自主众核处理器结构

随着半导体技术进步,众核处理器已广泛应用于高性能计算领域.近年来,在国家"863"计划、"核高基"重大专项等项目的支持下,我国高性能众核CPU的研发水平也取得了长足进步.本文介绍一种面向高性能计算的国产片上异构众核处理器结构,通过统一指令系统、统一执行模型和支持一致性的主存共享,实现异构核心的深度融合.本文主要介绍了该处理器面向"存储墙"、"功耗墙"和"可靠性墙"的优化技术体系.该处理器已完成集成了256个运算核心和4个管理核心的原型芯片设计,峰值性能超过1 TFlops.     

龙芯X微处理器抗辐照加固设计

龙芯X微处理器芯片是一款集成了中央处理器、存储控制器、PCI控制器、周边元件扩展接口、通用输入/输出控制器、中断控制器、串行外围设备控制器、串行通讯总线控制器等丰富功能的SOC芯片.芯片采用32位MIPS龙芯自主知识产权处理器核LS232,并从多个层面对芯片进行抗辐照加固,包括环栅版图加固、guard-ring版图加固、时空三模冗余加固、DICE结构存储、EDAC算法加固等,使芯片能够适应各种复杂空间环境的应用需求.龙芯X芯片工作频率为100 MHz,总剂量抗辐照指标300 krad(Si)以上,单粒子GEO轨道翻转率小于1.90362×10-5/设备/天.     

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.     

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.     

“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.     

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。     

用静磁表面波器件实现单尺度的小波变换处理器

当静磁表面波器件的输入换能器的导条包络按照小波函数的包络设计时,静磁表面波器件的输入换能器的脉冲响应函数等于小波函数,从而制作出了静磁表面波式单尺度的小波变换处理器.首先,根据小波的包络函数,定义出了导条长度函数,然后,从该导条长度函数可以计算出输入换能器的各导条长度,最后,根据导条长度及导条宽度设计出输入换能器,从而实现了输入换能器的导条包络按照小波函数的包络设计目的.本文也给出了静磁表面波式单尺的小波变换处理器的插入损耗的补偿方法.当静磁表面波式单尺的小波变换处理器的输出端联接到放大器时,它的插入损耗能被补偿.     

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.     

高性能氧化锌阀片研究新进展

文章综述了近年来高性能氧化锌阀片研究的最新进展,包括氧化锌阀片通流容量和阀片侧面耐大电流性能方面的研究进展,并且指出了高性能氧化锌阀片未来发展趋势。     

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.     

基于多尺度卷积网络的非朗伯光度立体视觉方法

光度立体视觉作为一种精细三维测量技术广泛应用于三维重构、缺陷检测、生物医疗等领域,但传统反射模型对材质真实物理特性的反映能力有限,对于如光亮金属等具有非线性光反射特性的非朗伯表面适应性不佳,极大地限制了该技术的进一步应用.本文提出了一种基于深度学习多尺度卷积架构的光度立体视觉算法,实现了对非透明材质表面在任意光照条件下的高精度法向量恢复.算法在深度网络中设计了多尺度卷积结构,小尺寸卷积核强化了模型在光度物理原理上的表达,使得模型在细节预测上具备优势,大尺寸卷积核鼓励深度网络利用邻域特征,提升模型克服阴影和区分多种材质的能力.为进一步处理任意光照条件的问题,算法设计了对入射光照向量空间的多分辨三维极坐标划分方法,在整合输入图像信息的同时,充分发挥了多尺度卷积的效能.实验结果表明,多尺度卷积深度学习架构有效集成了光度原理和深度学习二者的优势,在保留精细三维形貌恢复能力的同时,极大提高了针对非朗伯表面的适应性,为光度技术的广泛应用提供了有力的技术支持.     

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.     

支持向量机及其在机械故障诊断中的应用研究

针对支持向量机分类算法中模型选择对分类精确性影响很大的问题，结合转子实验台模拟的典型旋转机械故障数据对影响多故障分类器分类性能的相关因素进行了研究。结果表明，在少量时域故障数据样本条件下，选用不同的核函数及核函数参数对多故障分类器的分类精度有一定影响，为实际工程应用中选择合适的支持向量机核函数类型及其参数提供一定的帮助.     

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.     

金属多层的强度及界面强化能力研究进展

介绍了近年来内外有关金属多层强度及其界面强化能力研究的进展.结合近年来的研究结,分析并总结了金属多层强化的物理机制以及界面强化能力的,并对金属多层研究的发展趋势进行了展望.已有结表明,金属多层的强度通常随组元层的单层厚度减小而逐渐增大,并符合类似Hall-Petch的强化关系,但当单层厚度小于某一临界值以后,不同体系多层的强度与单层厚度之间偏离了Hall-Petch关系,表现出不同的变化趋势;金属多层的界面类及结构对其强化能力有显著影响,同时也影响金属多层的塑性变和断裂行为.     

基于博弈论的电源、电网和负荷的适应性评价

由于电源容量和电网、负荷规模增大以及影响电网安全性、经济性的因素增多,认识电源、电网及负荷的相互作用及影响,对建立电网适应性的评价体系有重要意义.在建设及投资上,电源、电网及负荷隶属于不同的主体;在运行及收益上,三者必须遵守电力系统统一调控的准则,而各投资主体方的收益通过电量或电价联系.针对电源、电网及负荷投资方关注的投资收益,基于博弈论建立了变电容量、机组容量、负荷容量与投资收益关系的模型,提出了基于独立系统运行机构(ISO)调度模型和节点电价模型的电源、电网、负荷各方投资收益算法.通过算例的计算结果证明了电源、电网和负荷博弈模型及收益算法的有效性,同时分析了电源、电网和负荷三者间的相互作用及相互影响,找出了纳什均衡点和解释了各方的行为.电源、电网与负荷的适应性评价是大电网适应性评价的重要内容,本文的研究工作及成果可分析电源、电网及负荷的相互作用及影响,计算各种策略组合下各投资方的收益,为各方的决策提供依据.     

利用GPU实现三维图像重建方法研究

利用CT进行三维重建需要高达几十亿字节的数据,处理这样的海量数据对PC机或普通图形工作站的CPU来说都将是十分耗时的,重建速度仍是制约三维锥束CT应用的主要因素之一.图形处理器(Graphics Processing unit,GPU)由于其所具有的超长流水线和高度并行化,不仅在图形处理领域得到广泛应用,而且被用来进行通用计算任务.由于计算机图形学中的投影过程和CT的数据生成本质是一致的,基于GPU进行CT重建是提高速度的有效途径,本文首先针对GPU的特点进行概述,之后着重介绍了在GPU上实现CT重建的原理和方法,同时分析了GPU能够实现加速的原因.     

金属熔体的形核和过冷度

将热力学和动力学因素对金属熔体形核过程的影响用过冷度统一起来,从理论上建立了过冷度的一般方程,并得到了确定一中的有效异质核心种类和数量的方法,结果表明：在异质核心种类一定的条件下,金属熔体的过冷度随异质核心总表面积（ＳＶＶ）的减小或冷却速度（ＲＣ）的增大而增大,当ＳＶＶ与ＲＣ的比值上到一临界值时,金属熔体的过冷度增大至其最大值,此最大过冷度的大小取决于金属熔体中原子无量纲扩散活化能因子与形核驱动力     

波长重用的双向波分复用星形单跳网

针对可利用的有限信道波长数对WDM星形单跳网容量限制问题, 提出了一种有效的解决方案——波长重用的双向WDM星形单跳网. 根据该方案, 在信道波长数一定的条件下, 至少可使网络所支持的节点数——网络容量扩大一倍; 在网络节点数不变时, 则可大大减少网络节点的排队时延, 缓和网络中各通信节点对数据信道波长使用权的竞争矛盾, 使网络吞吐量增加1~3倍, 有效地改善网络性能. 首先论述了该波长重用的双向WDM星形单跳网结构, 接着分析了网络的波长重用特性, 进而对所要求的光放大器增益和输出功率进行了计算, 最后计算了网络的最大节点数和最大信道波长数.     

一种动态的客户端负载均衡机制

互联网应用的并发用户数量不仅多变并且这种变化常常不可预测．将系统容量配置为固定值的惯用做法在面临多变的请求时常常会导致两种结果，一种是因为配置过低而弓l起用户的不满，另一种则因为配置过高而造成计算资源的浪费．而通过运用云架构按需提供、按使用收费的能力，系统具有了实时地按需配置计算资源的能力．然而静态的客户端负载均衡方法作为一种主要的负载均衡技术很难适应云架构条件下更加易变的集群结构．本文提出了一种动态的客户端负载均衡机制．通过引入分布式的集群视图更新、控制流等技术，该机制在保持客户端负载均衡机制分布式、可伸缩性强的基础上，又为集群节点的动态加入与退出和负载均衡策略的动态调整提供了有效的支持．同时，本文分析了该机制在一个开源JEE应用服务器PKUAS中的关键实现问题，并通过实验从多方面验证了该机制的有效性．