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第十五届全国容错计算学术会议(CFTC'13)

作者：周君王天成李华伟李晓维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 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

多核处理器的相对于复杂的单核处理器设计可以更有效地利用片上资源,有利于发掘应用中线程级并行性,已成为高性能微处理器的主流结构.多核处理器强大的整体计算能力的充分发挥需要依赖高效的通信架构提供合适的传输带宽和通信效率,片上... 详细信息

多核处理器的相对于复杂的单核处理器设计可以更有效地利用片上资源,有利于发掘应用中线程级并行性,已成为高性能微处理器的主流结构.多核处理器强大的整体计算能力的充分发挥需要依赖高效的通信架构提供合适的传输带宽和通信效率,片上网络的可升级性和可扩展性使之成为片上多核处理器内部通信的有效解决方案.然而,随着多核处理器设计复杂度不断上升,片上网络的验证需求和难度也不断提高.在片上网络的多向发展的背景下,针对学术界与工业界中多核处理器片上网络的相关验证方法展开调研、分析与探讨.

关键词：多核处理器片上网络验证技术系统设计

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前言

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信息安全学报 2021年第6期6卷 I0001-I0002页

作者：曹元田静叶靖河海大学物联网工程学院中国常州213000 南京大学电子科学与工程学院中国南京210023 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中国北京100190

随着量子计算机的快速发展,经典密码算法受到了前所未有的挑战。为解决这个问题,一个新的密码学领域,即后量子密码学(Post-Quantum Cryptography,PQC)应运而生,基于它的加密算法可以对抗量子计算机的攻击。由于后量子密码算法通常运算... 详细信息

随着量子计算机的快速发展,经典密码算法受到了前所未有的挑战。为解决这个问题,一个新的密码学领域,即后量子密码学(Post-Quantum Cryptography,PQC)应运而生,基于它的加密算法可以对抗量子计算机的攻击。由于后量子密码算法通常运算量巨大,采用集成电路技术能够实现以较低资源开销获得满足应用需求的执行速度,当前已成为国内外研究的热门课题之一。本期专题旨在总结当前国内外研究趋势,并展示国内研究人员在后量子加密算法硬件实现上的最新研究成果。

关键词：量子计算机集成电路技术加密算法 Quantum 后量子密码密码算法密码学资源开销

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后量子加密算法的硬件实现综述

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信息安全学报 2021年第6期6卷 1-16页

作者：曹元陆旭吴彦泽谢浩东乔云凯姚恩义陈帅叶靖河海大学物联网工程学院中国常州213000 华南理工大学微电子学院中国广州511442 人工智能与数字经济广东省实验室(广州) 中国广州511442 磐石安全实验室中国常州213000 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中国北京100190

现有的密码体制大多基于RSA、ECC等公钥密码体制,在信息安全系统中实现密钥交换、数字签名和身份认证等,有其独特的优势,其安全性分别依赖于解决整数分解问题和离散对数问题的难度。近年来,随着量子计算机的快速发展,破解上述数学问题... 详细信息

现有的密码体制大多基于RSA、ECC等公钥密码体制,在信息安全系统中实现密钥交换、数字签名和身份认证等,有其独特的优势,其安全性分别依赖于解决整数分解问题和离散对数问题的难度。近年来,随着量子计算机的快速发展,破解上述数学问题的时间大幅减少,这将严重损害数字通信的安全性、保密性和完整性。与此同时,一个新的密码学领域,即后量子密码学应运而生,基于它的加密算法可以对抗量子计算机的攻击,因此成为近年来的热点研究方向。2016年以来,NIST向世界各地的研究者征集候选抗量子密码学方案,并对全部方案进行安全性、成本和性能的评估,最终通过评估的候选方案将被标准化。本文比较了NIST后量子密码学算法征集(第2轮、第3轮)的各个方案,概述目前后量子加密算法的主要实现方法:基于哈希、基于编码、基于格和基于多变量,分析了各自的安全性,签名参数及计算量的特点以及后期的优化方向。PQC算法在硬件实现上的挑战其一是算法规范的数学复杂性,这些规范通常是由密码学家编写的,关注的重点是其安全性而非实现的效率,其二需要存储大型公钥、私钥和内部状态,这可能会导致不能实现真正的轻量级,从而降低硬件实现的效率。本文重点介绍了目前后量子加密算法的硬件实现方式,包括PQC硬件应用程序编程接口的开发,基于HLS的抽象实现和基于FPGA/ASIC平台的硬件实现。PQC方案的硬件化过程中不仅需要算法的高效实现,同时需要抵抗针对硬件结构的侧信道攻击。侧信道攻击可以通过来自目标设备泄露的相关信息来提取密码设备的密钥。本文讨论了后量子加密算法在具体实现和应用中受到侧信道攻击类别和防御对策。

关键词：量子计算后量子密码加密算法硬件实现

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一种面向内存的混合容错编码调节设计

一种面向内存的混合容错编码调节设计

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第十五届全国容错计算学术会议(CFTC'13)

作者：李冰单书畅高翔胡瑜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 中国科学院大学北京100049 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

数据中心服务器等计算平台中采用的大容量内存系统的故障发生率高.高强度的纠错编码虽然能够保证内存系统的可靠性,但是会带来较高的硬件和功耗开销.运行在数据中心服务器上的应用程序对可靠性的要求不同,混合容错编码能使内存系统在可... 详细信息

数据中心服务器等计算平台中采用的大容量内存系统的故障发生率高.高强度的纠错编码虽然能够保证内存系统的可靠性,但是会带来较高的硬件和功耗开销.运行在数据中心服务器上的应用程序对可靠性的要求不同,混合容错编码能使内存系统在可靠性与容错代价之间取得较好的权衡.因此,本文提出了一种支持混合容错编码调节的设计,将数据与容错信息分开存放,通过地址映射逻辑实现容错编码信息的存取.本文提出的设计不仅支持内存的混合容错编码的调节,而且可扩展到其他类型存储器中.实验结果表明,本容错编码调节设计简单,给系统带来的硬件,及功耗和性能的代价小.

关键词：内存系统容错设计混合容错编码可靠性分析

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一种高效的多细胞分子动力学算法

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小型微型计算机系统 2013年第4期34卷 843-846页

作者：金明灿胡长军李建江李越韩载浩北京科技大学计算机与通信工程学院北京100083 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京100083 平壤机械大学信息工程学院朝鲜平壤70050 朝鲜理科大学化学学院朝鲜平壤70050

多细胞分子动力学算法是分子动力学模拟中普遍使用的并行算法.因为利用不同作用路径的多细胞分子动力学算法的消息传递次数彼此不同,利用作用路径能够优化消息传递次数.优化消息传递次数是一种设计高效并行算法的方法.因此,本文研究十... 详细信息

多细胞分子动力学算法是分子动力学模拟中普遍使用的并行算法.因为利用不同作用路径的多细胞分子动力学算法的消息传递次数彼此不同,利用作用路径能够优化消息传递次数.优化消息传递次数是一种设计高效并行算法的方法.因此,本文研究十六个不同的作用路径,推导出十六个表示消息传递次数的数学模型,并在高性能通信和负载平衡方面决定十六个模型中最好的.实验结果表明模型的平均正确率是99.1391%,它的一个时间步骤的并行效率比HS算法平均提高了5.16%,处理器数的增加和截断半径的优化提高其并行效率.

关键词：并行计算多细胞分子动力学算法作用路径消息传递次数

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边缘海静力数值预报模式并行算法研究

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计算机科学 2016年第1期43卷 14-17,29页

作者：逄仁波张云泉谭光明徐建良贾海鹏解庆春中国海洋大学信息科学与工程学院青岛266100 国家海洋环境预报中心网络与计算机部北京100081 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 中国传媒大学高性能计算中心北京100024

边缘海静力数值模式是国内针对边缘海特点自主开发的数值预报模式,但该模式因物理求解方程较多且采用不宜并行化的SOR求解算法而程序计算时间过长。针对上述问题,提出基于三维网格和海洋模式特点的SOR并行求解算法,该算法在保留三维网... 详细信息

边缘海静力数值模式是国内针对边缘海特点自主开发的数值预报模式,但该模式因物理求解方程较多且采用不宜并行化的SOR求解算法而程序计算时间过长。针对上述问题,提出基于三维网格和海洋模式特点的SOR并行求解算法,该算法在保留三维网格数据间依赖关系的同时,有效解决了SOR迭代算法难以并行化的问题。同时,引入通信避免算法,采用MPI非阻塞通信方式,细分计算和通信过程,利用计算有效隐藏通信开销,提高了并行程序效率。实验结果表明,并行后的边缘海静力数值模式程序的性能相对串行程序提升了60.71倍,3天(25920计算时间步)预报结果的均方根误差低于0.001,满足海洋数值预报的时效性和精度要求。

关键词：数值模式预报并行非阻塞 SOR

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关于多核/众核系统可扩展性趋势的探讨

关于多核/众核系统可扩展性趋势的探讨

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2014全国高性能计算学术年会

作者：李星吕方刘颖冯晓兵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

主流的多核/众核并行系统的计算能力并非与其资源成正比,其可扩展性与架构、资源部署等均有一定联系.除此之外,来自核心软件——操作系统以及并行运行时库的影响也是不可忽视的,硬件结构与核心软件将共同影响并行系统性能的充分发挥.因... 详细信息

主流的多核/众核并行系统的计算能力并非与其资源成正比,其可扩展性与架构、资源部署等均有一定联系.除此之外,来自核心软件——操作系统以及并行运行时库的影响也是不可忽视的,硬件结构与核心软件将共同影响并行系统性能的充分发挥.因此,对这些因素的深入研究将有益于未来多核/众核结构的发展,促使其扬长避短.本文首先给出了三种真实多核/众核平台的可扩展性表现,然后采用量化的方法,分别从并行处理器结构、操作系统的角度对影响系统可扩展性的若干问题进行了深入分析.

关键词：并行处理器多核结构众核并行系统可扩展性

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面向多核集群的MPI任务并行扩展

面向多核集群的MPI任务并行扩展

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2014全国高性能计算学术年会

作者：李士刚张云泉贾海鹏袁良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

非规则应用的任务并行化是高性能计算领域研究的热点.本文面向多核集群架构,对最流行的并行编程模型MPI进行扩展,使其有效支持非规则任务并行.主要研究内容及创新包括:在共享内存上对MPI单边通信进行优化,消除了额外内存拷贝开销;基于... 详细信息

非规则应用的任务并行化是高性能计算领域研究的热点.本文面向多核集群架构,对最流行的并行编程模型MPI进行扩展,使其有效支持非规则任务并行.主要研究内容及创新包括:在共享内存上对MPI单边通信进行优化,消除了额外内存拷贝开销;基于优化后的单边通信,实现了对等模式的分布式任务队列;提出了一种基于抽样分析的自适应任务粒度优化策略,防止细粒度任务的生成及粗粒度任务过早串行化;采用一种新式的异步工作窃取机制以平衡负载,有效地隐藏了工作窃取时的通信开销通过对BOTS任务并行基准测试程序的实验分析表明,相对于最新任务并行模型HotSLAW,MPI扩展任务并行具有明显性能提升.

关键词：高性能计算多点接口任务并行扩展多核集群架构

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基于OpenCL的Viola-Jones人脸检测算法优化研究

基于OpenCL的Viola-Jones人脸检测算法优化研究

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2014全国高性能计算学术年会

作者：贾海鹏张云泉袁良李士刚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 100084

Viola-Jones人脸检测算法的GPU实现版本,存在线程间负载不均衡的非规则特性.如果仅使用传统优化方法,人脸检测算法难以在GPU计算平台上达到较高性能.本文通过kernel合并、粗粒度并行、Persistent Thread、线程与任务动态映射、本地队列... 详细信息

Viola-Jones人脸检测算法的GPU实现版本,存在线程间负载不均衡的非规则特性.如果仅使用传统优化方法,人脸检测算法难以在GPU计算平台上达到较高性能.本文通过kernel合并、粗粒度并行、Persistent Thread、线程与任务动态映射、本地队列等优化方法的应用,突破了负载不均衡非规则特性导致的性能瓶颈,大幅提高了人脸检测算法在GPU计算平台上的性能.实验结果表明,与OpenCV2.4中高度优化的CPU版本在Intel Xeon X5550 CPU上的性能相比,优化后的算法在AMD HD7970和NVIDIA GTX680两个GPU计算平台上分别达到了11.24～20.27和9.24～17.62倍的加速比,实现了在不同GPU计算平台间的性能移植.

关键词：人脸检测算法优化负载不均衡现象图形处理器

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基于聚类抽样的访存特征分析方法

基于聚类抽样的访存特征分析方法

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2013全国高性能计算学术年会

作者：查中彬崔泽汉黄永兵陈荔城包云岗陈明宇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市100190 中国科学院大学北京市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市100190

大数据时代的来临,使得内存系统越来越成为制约系统整体性能的瓶颈,如何利用访存序列分析程序的访存特征已经成为内存系统结果研究的热点.针对完整访存序列数据量过大的问题,需要一种快速准确的访存特征分析方法.本文提出一种基于聚类... 详细信息

大数据时代的来临,使得内存系统越来越成为制约系统整体性能的瓶颈,如何利用访存序列分析程序的访存特征已经成为内存系统结果研究的热点.针对完整访存序列数据量过大的问题,需要一种快速准确的访存特征分析方法.本文提出一种基于聚类抽样的访存特征分析方法EMAT(Exti-acting representativeMelnoryAccessTrace).在EMAT中,使用由体系结构相关性能指标构成的基本性能计数向量BPCV(BasicPerformance Count Vector)反映相应访存序列片段的访存行为,根据基本性能计数向量的聚类结果找出程序的访存特征.最后使用EMAT方法分析了SPEC CPU2006和PARSEC3.0(含splash2x)中标准测试程序的访存特征,实验结果显示EMAT方法可以快速有效的找出程序的访存特征.

关键词：内存系统访存特征分析方法聚类抽样

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