Parallel Optimization of the Crystal-KMC on Tianhe-2

The Kinetic Monte Carlo(KMC) is one of the commonly used methods for simulating radiation damage of materials. Our team develops a parallel KMC software named Crystal-KMC, which supports the Embedded Atom Method(EAM) potential energy and utilizes the Message Passing Interface(MPI) technology to simulate the vacancy transition of the Copper(Cu) element under neutron radiation. To make better use of the computing power of modern supercomputers, we develop the parallel efficiency optimization model for the Crystal-KMC on Tianhe-2, to achieve a larger simulation of the damage process of materials under irradiation environment. Firstly, we analyze the performance bottleneck of the Crystal-KMC software and use the MIC offload statement to implement the operation of key modules of the software on the MIC coprocessor. We use Open MP to develop parallel optimization for the Crystal-KMC, combined with existing MPI inter-process communication optimization, finally achieving hybrid parallel optimization. The experimental results show that in the single-node CPU and MIC collaborative parallel mode, the speedup of the calculation hotspot reaches 30.1, and the speedup of the overall software reaches 7.43.     

基于多目标优化策略的结构损伤识别智能算法

针对结构损伤识别问题, 提出一种基于多目标优化策略的结构损伤识别智能算法. 该算法利用极端学习机为损伤参数指标与每一阶频率建立非线性函数表达式, 先将结构的每一阶实际测量频率与函数表达式相减, 再把形成的每个表达式作为优化目标, 进而得到结构损伤识别的高维多目标优化模型. 为提高模型的求解精度, 提出了灰色多粒子群协同的多目标优化算法. 实验结果表明, 该方法能较好地处理结构损伤识别问题.     

Fast Parallel Cutoff Pair Interactions for Molecular Dynamics on Heterogeneous Systems

Heterogeneous systems with both Central Processing Units (CPUs) and Graphics Processing Units (GPUs) are frequently used to accelerate short-ranged Molecular Dynamics (MD) simulations. The most time-consuming task in short-ranged MD simulations is the computation of particle-to-particle interactions. Beyond a certain distance, these interactions decrease to zero. To minimize the operations to investigate distance, previous works have tiled interactions by employing the spatial attribute, which increases the memory access and GPU computations, hence decreasing performance. Other studies ignore the spatial attribute and construct an all-versus-all interaction matrix, which has poor scalability. This paper presents an improved algorithm. The algorithm first bins particles into voxels according to the spatial attributes, and then tiles the all-versus-all matrix into voxel-versus-voxel sub-matrixes. Only the sub-matrixes between neighboring voxels are computed on the GPU. Therefore, the algorithm reduces the distance examine operations and limits additional memory access and GPU computations. This paper also adopts a multi-level programming model to implement the algorithm on multi-nodes of Tianhe-lA. By employing (1) a patch design to exploit parallelism across the simulation domain, (2) a communication overlapping method to overlap the communications between CPUs and GPUs, and (3) a dynamic workload balancing method to adjust the workloads among compute nodes, the implementation achieves a speedup of 4.16x on one NVIDIA Tesla M2050 GPU compared to a 2.93 GHz six-core Intel Xeon X5670 CPU. In addition, it runs 2.41x faster on 256 compute nodes of Tianhe-lA (with two CPUs and one GPU inside a node) than on 256 GPU-excluded nodes.     

Research on Design Optimization Strategy in Virtual Product Development

Introduction WiththeadvanceofComputeraideddesign(CAD), Computeraidedengineering(CAE)andVirtualreality technology(VR),virtualproductdevelopment(VPD)is emergingasanewtechnologyusedbyleadingindustrytodevelopnewproductwithouttime consumingandexpensive physicalprototypetest.Virtualproduct,ordigitalmock up,isacomputersimulationofaphysicalproductthatcanbepresented,analyzed,andtestedfromconcernedproduct life cycleaspectssuchasdesign,manufacturing,service, andrecyclingasifonarealphysicalmodel.T…     

Molecular Properties在海藻糖分子构象分析中的应用

应用Molecular Properties(MP)软件中内置的分子动力学计算功能,对海藻糖分子构象进行了研究,所得到的可能的最优构象的结构参数与文献报道数值基本吻合,表明了利用MP软件研究分子构象的可行性.按照XML 1.0标准编写了海藻糖分子可能的最优构象的CML格式分子结构文件,以便于网上交流和检索.     

多级格网框架下多源矢量空间数据动态存取优化方法研究

针对多源矢量空间数据动态存取方法通用性低、内存占用率高以及效率低等问题,提出一种多级格网框架下多源矢量空间数据动态存取优化方法。通过平均失效间隔、平均无故障时间以及平均修复时间对多级格网框架下存取系统的可靠性进行评价,建立BLOB存取可靠性概率模型;在此基础上利用关系数据库以及相关编程接口优化多源矢量空间数据存取环境,提升多源矢量空间数据的成功存取概率,实现对多级格网框架下多源矢量空间数据动态存取的优化。实验结果表明,所提方法具有效率高、内存占用率低以及系统开销少的优势。     

片上系统中外部存储控制器的设计与优化

针对片上系统(System on Chip,SoC)中多主设备、多猝发操作的访问特点,提出并实现了一种新的片内总线访问外部存储器的结构,并对核心模块的设计与优化进行了分析.该结构通过分割传输方式使内部总线平均利用率提高了29%~34%;并且,通过对SDRAM控制模式的动态切换有效地降低了外存读写延迟和功耗.     

Oracle数据库性能的优化设计

在调查并分析了影响运行中Oracle数据库系统性能的瓶颈后,通过优化内存分配,参数调整和跟踪、优化不良的SQL语句,提出了改善数据库性能的优化策略.实验证明,优化后的Oracle数据库的性能得到了良好改善.     

基于GOA优化支持向量机滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承早期故障难以辨别,提出了一种采用变分模态分解法(visual molecular dynamics, VMD)提取特征,基于蚱蜢算法(grasshopper optimization algorithm, GOA)和优化支持向量机(support vector machines, SVM)的故障诊断方法。首先采用贪心策略预处理滚动轴承的振动信号数据,然后基于变分模态分解处理振动信号数据得到多个本征模态分量(intrinsic mode function, IMF),其次计算各IMF分量的能量和相关时频特征构成多模态特征矩阵,最后利用蚱蜢算法优化的支持向量机进行故障的诊断和识别。通过实验测试大量数据得出的滚动轴承故障诊断结果表明VMD-GOA-SVM不仅可以识别滚动轴承不同的故障类型,同时相比传统方法亦有较高的准确度和运行效率。     

绳驱动并联打磨机构模糊控制策略

船舶坞修作为维护和修复船舶结构的关键环节,在船舶行业中扮演着重要的角色。然而,目前船舶坞修时表面打磨过程依赖于传统的人工作业,存在着效率低、工时长、危险性高等问题。为此,提出了一种新型绳驱动式打磨机构,该机构采用四根绳索驱动打磨装置实现三自由度的运动。首先,通过拉格朗日法建立系统的动力学模型;然后在动力学模型的基础上提出了一种带有绳索张力优化项的Fuzzy-PID(proportional integral derivative)控制策略,该控制策略可以实现精确的轨迹跟踪并保证绳索处于张紧状态;最后,通过数值仿真验证所提控制策略的有效性。结果表明,和绳牵引并联机器人上常用的PID控制相比,所提控制策略控制精度提高25%,具有较高的控制精度和稳定性。本文提出的绳驱动式打磨机构及其控制策略可为大型结构件表面处理和精密制造等应用提供一定理论支持。     

基于时域声辐射模态的结构噪声主动控制研究

以平板为例，在时域里对声辐射模态进行了初步研究．研究表明时域声辐射模态既与时间无关，也互相独立，使得计算和控制声功率得以简化．针对瞬时声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定的特点，在时域里进行结构噪声的主动控制研究，提出了新的主动控制策略，即通过抵消第一阶辐射模态的声功率使得总的声功率得以有效降低．在此基础上，建立基于FXLMS算法的自适应前馈控制系统，进行仿真计算，结果证明了主动控制策略是有效的．     

差分进化樽海鞘群特征选择算法

针对樽海鞘群优化算法(SSA: Salp Swarm Algorithm)在求解特征选择问题时存在易陷入局部最优、收敛速度慢的不足,基于樽海鞘群优化算法提出了新的改进算法差分进化樽海鞘群特征选择算法(DESSA:Differential Evolution Salp Swarm Algorithm).DESSA中采用了差分进化策略替代平均算子作为新的粒子迁移方式以增强搜索能力,并加入进化种群动态机制(EPD: Evolution Population Dynamics),加强收敛能力.实验中以KNN(K-Nearest Neighbor)分类器作为基分类器,以UCI(University of California Irvine)数据库中的8组数据集作为实验数据,将DESSA与SSA同具有代表性的算法进行对比实验,实验结果表明,DESSA算法各考察指标较原算法有明显提升,较其他算法相对优越.     

渐进结构优化方法在联轴器优化设计中的应用

针对联轴器优化设计中普遍关注的结构轻量化和最大应力最小化问题,借助Hyperworks 有限元分析软件,采用渐进结构优化方法,对SSWZ330 型十字轴万向联轴器进行了结构拓扑优化设计。优化后,可使材料节省9． 17%,工作时最大静应变减少2． 3%,最大应力减少52． 1%,改善了结构性能,减轻了结构重量,拓展了Hyperworks 软件在机械部件结构拓扑优化设计领域的实际工程应用。     

H.264/AVC编码器中运动估计的低代价VLSI实现

通过对运动估计算法进行优化, 提出一种应用新型存储结构的流水线实现结构。通过采用合适的搜索策略、高效的率失真优化代价计算和插值部件、创新的存储结构及优化的数据流调度, 实现具有低硬件代价和存储访问的快速运动估计。该设计在SMIC 130 nm工艺下综合, 时钟频率可达到167 MHz, 消耗181.7 K逻辑门和13.8 KB存储, 相比同类设计具有更高的硬件效率。该设计集成在一个H.264/AVC编码器中进行FPGA原型验证和VLSI实现。 SMIC 65 nm工艺下, 整个芯片面积为1.74 mm×1.74 mm, 工作频率为350 MHz, 可以支持实时高清(1080P@60fps)编码。     

A new deep reinforcement learning model for dynamic portfolio optimization

There are many challenging problems for dynamic portfolio optimization using deep reinforcement learning, such as the high dimensions of the environmental and action spaces, as well as the extraction of useful information from a high-dimensional state space and noisy financial time-series data. To solve these problems, we propose a new model structure called the complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise (CEEMDAN) method with multi-head attention reinforcement learning. This new model integrates data processing methods, a deep learning model, and a reinforcement learning model to improve the perception and decision-making abilities of investors. Empirical analysis shows that our proposed model structure has some advantages in dynamic portfolio optimization. Moreover, we find another robust investment strategy in the process of experimental comparison, where each stock in the portfolio is given the same capital and the structure is applied separately.     

基于业务流程的数据库应用系统优化

系统的优化在软件开发和维护中必不可少,基于数据库的应用系统更是需要进行优化。传统的系统优化方法：包括硬件的升级,基于数据库及程序理论的优化可以解决大部分的问题。提出了一种基于业务流程的数据库应用系统优化的方法及处理模式。通过对比及分析业务流程及应用软件的处理流程,找出系统的瓶颈所在,制定优化方案,最终解决问题。     

钢筋混凝土框架结构地震失效模式优化

地震作用下钢筋混凝土框架结构薄弱部位易发生损伤破坏,从而引起结构失效,针对结构的失效模式进行优化有利于提高结构的抗震性能.为此,以结构构件、结构层以及结构整体的损伤准则为约束方程,采用以结构构件损伤值相等为目标的优化设计方法,通过二次开发的钢材和混凝土的弹塑性损伤本构模型,应用纤维单元模型对强震作用下钢筋混凝土框架结构的失效模式进行了优化.以12层钢筋混凝土框架结构Benchmark模型为例,对双向El-Centro地震动作用下结构各构件的抗震性能进行优化,并对优化前后结构的动力响应和损伤发展进行分析,结果表明最优结构损伤集中得到有效的控制,结构各层损伤分布更加均匀,结构整体损伤减小,结构的抗震性能得到明显提高.     

面向软件可信优化的失信因素分析方法

软件可信性评估的目的是对软件实体的可信状态有较为全面的主观认知,最终给出优化方案。文章通过分析当今软件可信评估中尚存在的问题,对影响软件可信性的重要属性进行研究,提出了一种基于权重的失信因素分析方法,并利用其构造算法模型。研究了软件可信优化时的关键失信因素,得到各失信因素的失信度,并且得到关键失信链。     

一种利用内存保护技术实现程序踩内存的检测方法

提出了一种程序踩内存的检测方法。利用内存保护技术,在应用程序申请内存后根据情况将其所申请的内存页面属性设置为只读。如果应用程序发生不当的内存访问,将极有可能踩到属性为只读的内存页面,从而引发内存访问冲突异常。提示发现程序踩内存事件并准确定位错误代码。通过进行针对性的维护操作,达到优化程序、提高软件可靠性和安全性的目的。     

岩石孔隙结构表征与流体输运可视化研究进展

孔隙结构特征的室内测试技术主要分为间接测试和直接测试两大类。前者主要以获取孔径分布等特征统计参数为主的流体注入法及孔隙流体饱和度的反分析法。后者主要为以获取孔隙结构图像为目的的光学辐射法。微观渗流物理实验可以实现孔隙空间中流体流动形态的可视化监测与分析，获取宏观条件下难以观测的实验现象，有助于孔隙尺度下渗流及驱替过程中复杂流动行为的微观力学机制分析。基于岩芯微观孔隙结构图像的模型重建是一种实现孔隙结构精细化表征与流体输运特性可视化研究的数值分析手段。基于不同的表征思想，多孔介质内流体输运控制方程可分为分子动力学模拟、格子玻尔兹曼模拟和计算流体动力学模拟。主要通过泊肃叶定律和准静态模型实现孔隙尺度流体流动和驱替过程的模拟。