检索结果-内蒙古大学图书馆

高技术通讯 2022年第3期32卷 227-238页

作者：张志超王剑章隆兵肖俊华计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 中国电子科技集团公司第十五研究所北京100083

针对星载等功耗受限平台下遥感影像目标检测存在的高准确率、低功耗以及高吞吐量等要求,本文提出了一种面向目标检测的现场可编程门阵列(FPGA)卷积神经网络(CNN)优化方法。采用数据流调度技术以及基于乘法矩阵与前向加法链的卷积计算阵... 详细信息

针对星载等功耗受限平台下遥感影像目标检测存在的高准确率、低功耗以及高吞吐量等要求,本文提出了一种面向目标检测的现场可编程门阵列(FPGA)卷积神经网络(CNN)优化方法。采用数据流调度技术以及基于乘法矩阵与前向加法链的卷积计算阵列设计对浮点卷积神经网络模型进行加速。利用该方法在FPGA开发板上实现了浮点卷积目标检测网络,在应用中达到了与原模型一致的准确率,平均准确率为97.59%,吞吐量达到了Titan X的22倍。与同类的FPGA加速浮点卷积方法对比,该方法的吞吐量以及能效比达到了最优。实验数据表明,该方案突破了浮点卷积加速的线速吞吐难点,解决了应用中存在的功耗、准确率以及吞吐量三者制衡的问题。

关键词：卷积神经网络(CNN) 现场可编程门阵列(FPGA) 数据流调度目标检测加速

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一种偶数基Cooley-Tukey FFT高性能实现方法

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计算机科学 2020年第1期47卷 31-39页

作者：龚彤艳张广婷贾海鹏袁良贵州财经大学信息学院贵阳550025 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)是最重要的基础算法之一,在科学计算、信号处理、图像处理等领域都有着广泛的应用。随着这些应用领域对实时性需求的进一步提高,FFT算法面临着越来越高的性能要求。在现有的FFT算法库中,FFT... 详细信息

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)是最重要的基础算法之一,在科学计算、信号处理、图像处理等领域都有着广泛的应用。随着这些应用领域对实时性需求的进一步提高,FFT算法面临着越来越高的性能要求。在现有的FFT算法库中,FFT算法的求解速度和计算精度受到一定程度的限制,而且也少有研究者对偶数基Cooley-Tukey FFT的高性能实现提出相应的优化策略并对技术进行深入研究。基于此,文中提出了一套针对偶数基的Cooley-Tukey FFT的优化策略和方法。首先构建一个SIMD(Single Instruction Multiple Data)友好、支持混合基的蝶形网络,然后根据偶数基旋转因子特性最大限度地降低蝶形计算的复杂度,接着通过SIMD汇编优化、汇编指令重排及选择、寄存器分配策略制定、高性能矩阵转置算法等方法来优化应用,最后实现一个高性能的FFT算法库。目前,最流行、应用最广的FFT有FFTW和Intel MKL。实验结果表明,在X86计算平台上,新提出的这套针对偶数基Cooley-Tukey FFT的技术所实现的FFT算法库的性能全面优于MKL和FFTW。所提出的这套高性能算法优化和实现技术体系,可推广到除偶数基以外的其他基的实现和优化上,为进一步的研究开发工作奠定一定的基础,进而突破FFT算法在硬件平台上的性能瓶颈,实现一套针对特定平台的高性能FFT算法库。

关键词：快速傅里叶变换算法偶数基蝶形计算优化蝶形网络优化 SIMD汇编优化高性能FFT库

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基于FPGA的浮点可分离卷积神经网络加速方法

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高技术通讯 2022年第5期32卷 441-453页

针对可分离卷积神经网络在星载飞机目标型号分类应用中存在的速度瓶颈以及功耗限制等问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)数据流调度的浮点深度分离卷积神经网络加速方法,对通用MobileNet的图像分类模型进行加速。采用基于乘法... 详细信息

针对可分离卷积神经网络在星载飞机目标型号分类应用中存在的速度瓶颈以及功耗限制等问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)数据流调度的浮点深度分离卷积神经网络加速方法,对通用MobileNet的图像分类模型进行加速。采用基于乘法矩阵与前向加法树的深度分离卷积计算阵列设计,解决了深度分离卷积浮点加速的线速吞吐瓶颈。实验结果表明,基于FPGA的目标分类速度为633 FPS,功耗为22.226 W,运算性能为236.04 GFLOPS,计算速度达到了Titan Xp GPU的1.10~2.61倍,计算效能是Titan Xp GPU的7.44~18.66倍。在同类基于FPGA的浮点卷积加速方案中,该方法在运算性能及能效比上达到了最优。同时,该方法提供了与原模型一致性的图像分类准确率,解耦合了软硬件协同开发流程,降低了应用开发人员使用FPGA加速计算的门槛。

关键词：深度可分离卷积现场可编程门阵列(FPGA) 数据流调度加速图像分类

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高通量众核并行模拟加速技术研究

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计算机工程 2017年第4期34卷 73-78,89页

作者：方国庆李文明余洋张洋叶笑春安虹中国科学技术大学计算机科学与技术学院合肥230027 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

高通量应用的迅猛发展使得模拟速度成为大规模众核体系结构研究的瓶颈。为此,基于高通量众核结构模拟平台,提出一系列模拟加速技术。采用查找表方法加速指令译码,从事件调度算法、时间推进算法以及队列无锁化等角度优化并行离散事件模... 详细信息

高通量应用的迅猛发展使得模拟速度成为大规模众核体系结构研究的瓶颈。为此,基于高通量众核结构模拟平台,提出一系列模拟加速技术。采用查找表方法加速指令译码,从事件调度算法、时间推进算法以及队列无锁化等角度优化并行离散事件模拟框架,以内存池管理方案提高内存管理效率。实验结果表明,与优化前方案相比,查找表、并行离散事件模拟和内存池3种加速方案在模拟速度上表现较优。

关键词：高通量处理器众核模拟器查找表离散事件内存池

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基于PUF的硬件辅助软件认证方法

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郑州大学学报（理学版） 2021年第1期53卷 88-94页

作者：李雪筠叶靖黄正峰李晓维李华伟合肥工业大学电子科学与应用物理学院安徽合肥230601 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100190

提出了一种基于物理不可克隆函数(PUF)的硬件辅助软件认证方法,包括软硬件认证协议、嵌入PUF的RISC-V设计、软件混淆技术三部分,通过插入独立式PUF认证点或嵌入式PUF认证点,将软件与硬件绑定在一起,软件仅在特定的授权设备上才能正确执... 详细信息

提出了一种基于物理不可克隆函数(PUF)的硬件辅助软件认证方法,包括软硬件认证协议、嵌入PUF的RISC-V设计、软件混淆技术三部分,通过插入独立式PUF认证点或嵌入式PUF认证点,将软件与硬件绑定在一起,软件仅在特定的授权设备上才能正确执行,并从硬件和软件层面解决了PUF可靠性的问题。实验结果表明,所提方法的额外硬件开销小于2%,基准程序测试结果表明单个认证点的额外性能开销小于0.5%。

关键词：软件保护硬件辅助物理不可克隆函数 RISC-V

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GROMACS 2020在ROCm平台上的移植与优化

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计算机工程与科学 2021年第11期43卷 1901-1909页

作者：张驭洲曹武迪卜景德谭光明吉青中国科学院理论物理研究所理论物理先进计算联合实验室北京100190 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190

GROMACS是应用广泛的开源分子动力学模拟软件,当前主要通过CUDA使用NVIDIA GPU进行加速计算。ROCm是一个开源的高性能异构计算平台。基于ROCm平台的HIP编程语言,首次实现了GROMACS 2020系列在ROCm平台上的完整移植。在MI50 GPU上,以一... 详细信息

GROMACS是应用广泛的开源分子动力学模拟软件,当前主要通过CUDA使用NVIDIA GPU进行加速计算。ROCm是一个开源的高性能异构计算平台。基于ROCm平台的HIP编程语言,首次实现了GROMACS 2020系列在ROCm平台上的完整移植。在MI50 GPU上,以一个复杂离子液体模拟算例为目标,使用GPU性能分析工具rocprof对移植代码进行了性能分析。针对MI50硬件特性,先后对成键力核函数、静电力的PME核函数和短程非成键力核函数进行了优化,优化后运行目标算例的性能相比初始版本整体上获得了约2.8倍的加速比,在MI50上的性能高于GROMACS原版OpenCL代码60.5%,相对纯CPU版本有约2.7倍的加速比。在另外2个具有代表性算例的单结点测试以及离子液体算例的多结点扩展性测试中,优化后的代码也达到了较好的性能提升,这表明所采用的优化操作具有一定的通用性。

关键词：分子动力学 GROMACS ROCm 应用移植性能优化

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基于SIMD的三角函数高性能实现与优化

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计算机科学 2021年第12期48卷 29-35页

作者：姚建宇张祎维张广婷贾海鹏中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学计算机与控制学院北京100049 清华大学计算机科学与技术系北京100084

作为基本的数学运算,三角函数的高性能实现对构建处理器的基础软件生态具有重要意义,特别是当前处理器都采用了SIMD架构,基于SIMD实现高性能三角函数具有重要的研究意义和应用价值。对此,文中采用数值分析的方法,对5个常用的三角函数sin... 详细信息

作为基本的数学运算,三角函数的高性能实现对构建处理器的基础软件生态具有重要意义,特别是当前处理器都采用了SIMD架构,基于SIMD实现高性能三角函数具有重要的研究意义和应用价值。对此,文中采用数值分析的方法,对5个常用的三角函数sin,cos,tan,atan,atan2进行了高性能的实现与优化。首先通过分析浮点数IEEE754标准,设计了高效的三角函数算法;然后通过多项式逼近算法中的泰勒公式、帕德近似及雷米兹算法提升了算法精度;最后利用指令流水线与SIMD优化进一步提升了算法性能。实验结果表明,在满足精度的前提下,所实现的三角函数,相较于libm算法库和ARM;算法库,在ARM V8计算平台上都获得了较大的性能提升,其中相比libm算法库有1.77~6.26倍的时间性能提升,相比ARM;算法库有1.34~1.5倍的时间性能提升。

关键词：三角函数 SIMD 高性能数值分析 ARM V8架构

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有向无环图的高效归约算法

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计算机科学 2015年第7期42卷 78-84页

作者：侯睿武继刚天津工业大学计算机科学与软件学院天津300387 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190

将一个应用程序部署到给定的片上网络上执行时,需要将应用程序中的每一个子任务都指派给片上网络中的一个节点执行。该问题一般被建模成一组子任务作为顶点的有向无环图,任务在片上网络上的部署过程就等同于一个有向无环图的顶点向一个... 详细信息

将一个应用程序部署到给定的片上网络上执行时,需要将应用程序中的每一个子任务都指派给片上网络中的一个节点执行。该问题一般被建模成一组子任务作为顶点的有向无环图,任务在片上网络上的部署过程就等同于一个有向无环图的顶点向一个片上网络拓扑映射的过程。而随着应用程序和片上网络规模的增大,计算一个最优的映射方案是典型的难解问题。为了加速有向无环图到片上网络拓扑的映射过程,提出了有向无环图的归约算法,使归约后的图中的顶点数量尽可能地与给定片上网络中的节点数量相同。提出的图归约算法可以有效地识别出所有可归约子图,这些可归约子图可被归约为单一顶点。新算法的适用范围从嵌套图扩展到了任意图,并且拥有与原算法相同的复杂度量级。还提出了一种并行化的算法思想来加速可归约子图的搜索过程。

关键词：片上网络有向无环图图归约可归约子图

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2021年中国高性能计算机发展现状分析

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计算机工程与科学 2021年第12期43卷 2091-2097页

作者：袁国兴张云泉袁良北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100191

根据2021年11月发布的中国高性能计算机性能TOP100排行榜的数据,对国内高性能计算机的发展现状从总体性能、制造商、行业领域和部署机构等方面进行了讨论分析,同时对未来发展进行了展望。

关键词：高性能计算机性能排行榜测评技术

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基于电路结构的测试移位功耗优化方法

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高技术通讯 2019年第6期29卷 523-529页

作者：许超孟祥刚陈华军卢新元计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 龙芯中科技术有限公司北京100190 南开大学电子信息与光学工程学院天津300350

研究了扫描结构和测试功耗优化技术,考虑到现有的修改扫描单元结构降低测试移位功耗的方法存在冗余开销的问题,提出一种新的基于电路结构的测试移位功耗优化方法。该方法充分利用芯片内部的电路结构,通过分析扫描单元的扇出结构及其控制... 详细信息

研究了扫描结构和测试功耗优化技术,考虑到现有的修改扫描单元结构降低测试移位功耗的方法存在冗余开销的问题,提出一种新的基于电路结构的测试移位功耗优化方法。该方法充分利用芯片内部的电路结构,通过分析扫描单元的扇出结构及其控制值,并根据分析结果和权重分配规则动态规划扫描单元的优化顺序,减少处理扫描单元的数量,避免产生冗余的测试开销。同时保证组合逻辑在移位过程中保持不翻转或者尽量不翻转,从而达到降低测试移位功耗的目的。在ITC’99基准电路上的实验结果表明,采用上述优化方法后组合逻辑的移位功耗降低了8.18%到96.98%,时序逻辑的移位功耗降低了41.92%到71.74%,与现有修改扫描单元的方法相比,面积开销节省了6.71%到20.95%。

关键词：扫描单元电路结构测试移位功耗动态规划测试开销

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