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第七届中国测试学术会议

作者： Jun Ma 马君 Guihai Yan 鄢贵海 Yinhe Han 韩银和 Xiaowei Li 李晓维 State Key Laboratory of Computer Architecture Institute of Computing Technology Chinese Academy of 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(筹) 北京100190 中国科学院研究生院北京 100190 State Key Laboratory of Computer Architecture Institute of Computing Technology Chinese Academy of 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(筹) 北京100190

随着集成电路设计和半导体工艺的发展，以及人们对计算需求的不断提高，处理器的结构也逐渐由单核、多核向众核演化。与此同时，单个多核处理器芯片的功耗也迅速上升。但限于片上供电及散热等因素的限制，功耗成为限制众核处理器性能提... 详细信息

随着集成电路设计和半导体工艺的发展，以及人们对计算需求的不断提高，处理器的结构也逐渐由单核、多核向众核演化。与此同时，单个多核处理器芯片的功耗也迅速上升。但限于片上供电及散热等因素的限制，功耗成为限制众核处理器性能提升的主要瓶颈。因此，如何在功耗受限的前提下充分发挥众核处理器的计算能力，即高效的能耗管理方法，是当下计算机体系结构设计的关键问题之一。现有的管理手段主要有动态电压频率调节、多线程技术及异构多核架构。但是如何有效地将这些技术有机结合来协同管理功耗及提升能效还有待研究。本文针对一种异构众核体系结构，利用敏感度分析的方法来指导能效管理。通过分析工作频率、线程数在不同异构架构上的能效边际效益，来择优激活某些处理器核，确定各个核的工作频率，以及分配并行程序的线程数量。

关键词：集成电路异构众核处理器能效管理敏感度分析边际效益

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基于状态恢复的追踪信号选择方法

基于状态恢复的追踪信号选择方法

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第七届中国测试学术会议

作者： Cheng Yun 程云 Li Huawei 李华伟 Li Xiaowei 李晓维 State Key Laboratory of Computer Architecture Institute of Computing Technology Chinese Academy of 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 中国科学院研究生院北京100049 State Key Laboratory of Computer Architecture Institute of Computing Technology Chinese Academy of 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

硅后调试成为集成电路设计中关键环节之一，可调试性设计也得到了工业界广泛应用。本文介绍了一种在基于追踪的可调试性设计中利用状态恢复原理选择追踪信号的方法，并编程实现了状态恢复算法和基于概率的追踪信号选择算法。进一步地，... 详细信息

硅后调试成为集成电路设计中关键环节之一，可调试性设计也得到了工业界广泛应用。本文介绍了一种在基于追踪的可调试性设计中利用状态恢复原理选择追踪信号的方法，并编程实现了状态恢复算法和基于概率的追踪信号选择算法。进一步地，本文在基于概率的追踪信号选择基础上，提出了基于模拟的追踪信号选择方法，通过模拟来得到更实际的概率初值以提高状态恢复率估计的准确性。实验结果表明，利用状态恢复原理选择追踪信号的方法可以有效的提高硅后调试的可观测性。

关键词：集成电路设计硅后调试状态恢复算法追踪信号选择

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TrustZone中断隔离机制的形式化验证

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小型微型计算机系统 2023年第9期44卷 2105-2112页

作者：付俊仪张倩颖王国辉李希萌施智平关永首都师范大学信息工程学院北京100048 高可靠嵌入式系统北京市工程研究中心北京100048 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 电子系统可靠性技术北京市重点实验室北京100048 北京成像理论与技术高精尖创新中心北京100048

TrustZone技术通过对硬件进行安全扩展,为软件提供了相互隔离的可信执行环境和通用执行环境.中断隔离机制是TrustZone的关键隔离机制,确保安全中断和非安全中断分别在可信执行环境和通用执行环境中被处理,该机制不正确可能导致安全中断... 详细信息

TrustZone技术通过对硬件进行安全扩展,为软件提供了相互隔离的可信执行环境和通用执行环境.中断隔离机制是TrustZone的关键隔离机制,确保安全中断和非安全中断分别在可信执行环境和通用执行环境中被处理,该机制不正确可能导致安全中断被通用执行环境处理,从而影响可信执行环境的安全性.本文提出ARMv8 TrustZone架构中断隔离机制的形式化验证方法,在定理证明器Isabelle/HOL中建立包含中断隔离机制关键软硬件的形式化模型,该模型为状态迁移系统,包括中断处理程序、TrustZone Monitor、中断控制器等组件;在证明模型满足正确性的基础上,通过展开定理验证无干扰、无泄露、无影响等信息流安全属性,结果表明TrustZone中断隔离机制满足信息流安全属性,在中断处理过程中不存在隐蔽的信息流通道.

关键词： TrustZone 可信执行环境中断隔离信息流安全形式化验证

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基于推测机制异构多核处理器容错方法与仿真

基于推测机制异构多核处理器容错方法与仿真

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新一代人工智能引领下的建模仿真技术国际工程科技高端论坛暨中国仿真大会2019

作者：余世干唐志敏叶笑春范东睿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控制与工程学院北京 100049 先进微处理器技术国家工程实验室四川成都 610218 阜阳师范大学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控制与工程学院北京 100049 先进微处理器技术国家工程实验室四川成都 610218 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控制与工程学院北京 100049

异构多核是处理器重要方向之一,却面临着瞬态故障频发问题,传统TMR(三模冗余)是主要解决办法,但有效率低,功耗高特点,提出基于推测机制高性能容错调度算法FTSAS.各异构核独立执行任务,记录最先完成核的状态值,采用前向推测法继续执行下... 详细信息

异构多核是处理器重要方向之一,却面临着瞬态故障频发问题,传统TMR(三模冗余)是主要解决办法,但有效率低,功耗高特点,提出基于推测机制高性能容错调度算法FTSAS.各异构核独立执行任务,记录最先完成核的状态值,采用前向推测法继续执行下一任务,采用多数一致原则,由落后的核完成结果比较,保障系统可靠性.仿真实验表明,FTSAS 比当前容错方法平均性能提高了12.9％,注入200 个错误时,具有相近的容错效果,但FTSAS 平均执行性能提高了11.4％,平均功耗降低了15.8％.

关键词：异构多核处理器推测机制容错调度

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基于OpenCL的Kmeans算法的优化研究

基于OpenCL的Kmeans算法的优化研究

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2013全国高性能计算学术年会

作者：吴再龙张云泉徐建良贾海鹏颜深根王伟俨中国海洋大学信息科学与工程学院青岛266100 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 中国海洋大学信息科学与工程学院青岛266100 中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室北京100190

Kmeans算法是典型的聚类算法,是已知数据划分和分组处理的重要方法.在图像处理、机器学习、生物学有着广泛的应用.随着数据规模的不断变大,对Kmeans算法的性能提出了越来越高的要求.本文在充分考虑不同硬件平台硬件体系结构差异的基础上... 详细信息

Kmeans算法是典型的聚类算法,是已知数据划分和分组处理的重要方法.在图像处理、机器学习、生物学有着广泛的应用.随着数据规模的不断变大,对Kmeans算法的性能提出了越来越高的要求.本文在充分考虑不同硬件平台硬件体系结构差异的基础上,系统研究了在OpenCL框架下Kmeans算法在GPU和APu平台上的高效实现方式.并使用含有多次全局同步的迭代算法在GPU中的实现、冗余计算减少全局同步次数、线程任务的再分配、Local memory的重用等多个方法完成了Kmeans算法在不同硬件结构上的高效实现,并总结了一套适用于迭代算法的优化方法.实验结果表明,优化后的算法在考虑数据传输时间的前提下,在AMD HD7970 GPU上相对于CPU版本取得136.975-170.333倍的加速比,在AMDA10—5800KAPU上相对于CPU版本取得22.2365～24.3865倍的加速比.有效验证了本文提出的优化方法的有效性和平台的可移植性.

关键词：聚类算法性能优化数据传输

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基于动态权衡的新型非易失存储器件体系结构研究综述

基于动态权衡的新型非易失存储器件体系结构研究综述

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第 23 届全国信息存储技术学术会议

作者：张明喆张法刘志勇中国科学院大学北京 100049 移动计算与新型终端北京市重点实验室(中国科学院计算技术研究所)北京 100190 移动计算与新型终端北京市重点实验室(中国科学院计算技术研究所)北京 100190 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 移动计算与新型终端北京市重点实验室(中国科学院计算技术研究所)北京 100190

作为现有存储器的潜在替代技术,新型非易失存储器受到了来自学术界和工业界越来越多的关注.目前,制约新型非易失存储器广泛应用的主要问题包括写延迟长、写操作动态功耗高、写寿命有限等.近年来,随着对新型非易失存储材料研究的深入,一...

作为现有存储器的潜在替代技术,新型非易失存储器受到了来自学术界和工业界越来越多的关注.目前,制约新型非易失存储器广泛应用的主要问题包括写延迟长、写操作动态功耗高、写寿命有限等.近年来,随着对新型非易失存储材料研究的深入,一系列器件自身所包含的动态权衡特性被陆续发现,这也为体系结构研究提供了新的机遇.基于器件自身的动态权衡特性,研究人员提出了一系列新的动态非易失存储器体系结构.与传统的方案相比,这类动态非易失存储器结构具有额外硬件开销小、可同时针对多个目标进行优化等特点.本文对近年来出现的此类研究进行了梳理,根据所利用的不同动态权衡关系,将相关研究分为以下几类：1.基于存储密度与写延迟关系.对于ReRAM、PCM等使用电阻值表示逻辑值的NVM材料,可通过对其不同电阻值进行重新编码,实现在单一存储单元中存储多个逻辑状态,即MLC NVM,但由于需要精确控制写入后存储单元的电阻值,因此读写操作的延迟随存储单元的层数的增加而增长.利用这一特性,可实现根据应用需要,动态地通过牺牲访问性能而临时增加存储空间.本文列举了近年来基于这一特性相关研究：基于MLC ReRAM构造的众核处理器目录表结构SpongeDirectory,可通过动态调节存储密度,在牺牲一定读写性能的情况下动态提升目录表的容量,从而满足部分应用对更大容量目录表的需求,降低目录表失效率,提升系统性能;基于MLC PCM的可扩容哈希表技术可根据应用的需要,通过动态增加PCM单元同一电阻域中存储的bit数实现哈希表的扩容,同时配合专门设计的编址和预取机制实现提高访问并行度达到提升性能的目的;基于MLC PCM的可伸缩的弹性存储技术MMS,通过对当前负载对内存的需求情况进行监测,将存储器根据应用需要动态地在单层和多层间进行切换,通过牺牲存储容量换取系统整体性能的提升.2.基于写延迟与写寿命关系.在多种NVM材料中,为了缩短写操作的延迟,往往需要在执行写操作时使用更多的能量,而过高的能量将加速器件的老化,进而导致器件寿命的降低.基于这一特性,MellowWrite技术通过延长写操作延迟("慢写")减少单次写操作对NVM存储单元的磨损程度,从而实现延长存储器寿命的目标.3.基于写延迟与状态保持时间关系.在多层PCM(MLC PCM)器件中,存在着写延迟与状态保持时间之间的动态权衡关系,即写操作性能与状态保持时间成反比.为了保证数据的正确性,在其状态保持时间结束前需要进行刷新操作,由此引入的额外的写操作也会加速存储单元的老化.基于这一特性,研究人员提出了不同的动态体系结构设计方案：CDDW和WMALT技术通过编译器对代码中数据的生存周期进行估算,并以此为其选择不同状态保持时间的存储方式;MMAS技术利用整数线性规划方法为写操作和数据项寻找近似最优调度方案;RRM技术对写访存操作的目标地址进行跟踪并对数据的生存周期做出预测,动态选择不同写模式,实现性能和MLC PCM器件寿命的协同优化;Amnesic Cache和NVM Duet技术可根据存储数据的不同用途,动态调整写模式,实现性能的提升.基于上述介绍,本文还对相关研究未来的发展方向进行了展望,提出该领域在以下几个方面仍存在着机遇与挑战：基于新材料以及新特性的动态体系结构设计;同时利用同一器件中的多个动态权衡特性的体系结构设计;基于动态权衡特性的体系结构的参数调节和优化;器件动态权衡特性与新应用相结合的体系结构设计.

关键词：

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基于多目标遗传算法的单指令集异构多核系统静态任务调度

基于多目标遗传算法的单指令集异构多核系统静态任务调度

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2012中国计算机大会

作者：徐远超张志敏蒋毅飞首都师范大学信息工程学院北京100048 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 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 上海高性能集成电路设计中心上海201204

与同构多核处理器相比，单指令集异构多核处理器能够更好的匹配程序行为的多样性，从而具有更好的性能功耗比。异构多核处理器的能效优势依赖于操作系统合理而有效的调度，追求性能与功耗的统一，是典型的多目标优化问题。提出将多目标... 详细信息

与同构多核处理器相比，单指令集异构多核处理器能够更好的匹配程序行为的多样性，从而具有更好的性能功耗比。异构多核处理器的能效优势依赖于操作系统合理而有效的调度，追求性能与功耗的统一，是典型的多目标优化问题。提出将多目标优化遗传算法应用于寻找异构多核环境下最优的静态任务调度方案，提出表征任务相对顺序的染色体编码结构，使种群初始化时的有效个体所占比例变为100％。提出使用先序关系矩阵来确定任务的执行顺序，克服了高度值方法存在的严重不足。仿真结果表明，先序关系矩阵方法能扩大搜索范围，在种群规模足够大时，可以找到高度值方法漏掉的部分最优解。

关键词：异构多核任务调度多目标优化遗传算法性能功耗比

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基于漏电流测量的集成电路老化预测方法

基于漏电流测量的集成电路老化预测方法

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第十五届全国容错计算学术会议(CFTC'13)

作者：邱吉冰韩银和靳松李晓维中国科学院计算技术研究所北京 100080 计算机体系结构国家重点实验室北京 100080 中国科学院大学北京 100049 华北电力大学保定 102206

NBTI已成为纳米集成电路生命周期内可靠性的一个主要威胁,为防止集成电路由NBTI引起的电路失效,集成电路老化程度的在线预测得到广泛研究.然而不断增加的参数偏差、设计复杂度、及面积开销导致基于延迟变化的老化预测方法越来越难以实施... 详细信息

NBTI已成为纳米集成电路生命周期内可靠性的一个主要威胁,为防止集成电路由NBTI引起的电路失效,集成电路老化程度的在线预测得到广泛研究.然而不断增加的参数偏差、设计复杂度、及面积开销导致基于延迟变化的老化预测方法越来越难以实施.本文提出一种将关键路径漏电流变化量从全芯片漏电流测量结果中分离的方法,并将该方法应用于NBTI引起的电路老化预测.在施加一组测量向量的前提下,芯片级的漏电流变化首先构成一个方程组,通过解方程组可以得到关键路径上门电路的漏电流变化量;然后通过将门电路漏电流变化和延迟变化的对应关系,可得到任意关键路径的延迟变化;最后通过关键路径延迟变化来预测电路老化.使用片外传感器的漏电流变化测量方案对噪声不敏感,在增加测量时间的代价下可有效消除工艺偏差对预测精度的影响,实验结果表明该方法可用来预测NBTI引起的电路老化.

关键词：晶体管集成电路老化预测漏电流测量工艺偏差

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一款X86架构处理器保护模式及长模式下复杂指令的验证

一款X86架构处理器保护模式及长模式下复杂指令的验证

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第七届中国测试学术会议

作者： Hao Shuai 郝帅 Lv Tao 吕涛 Li Xiao Wei 李晓维 State Key Laboratory of Computer System and Architecture Chinese Academy of Sciences Beijing 10019 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

本文对一款X86架构处理器的复杂指令在保护模式以及长模式下进行了功能验证。通过对X86架构处理器运行模式进行分析，搭建了进入保护模式以及长模式(长模式包括兼容模式及64bit模式)的模板，为指令集在这3种模式下进行功能验证奠定基础... 详细信息

本文对一款X86架构处理器的复杂指令在保护模式以及长模式下进行了功能验证。通过对X86架构处理器运行模式进行分析，搭建了进入保护模式以及长模式(长模式包括兼容模式及64bit模式)的模板，为指令集在这3种模式下进行功能验证奠定基础。基于对X86指令访存次数及访存难度的研究，将指令集分为一般指令、一般复杂指令与复杂指令，并对复杂指令：CALL FAR、JUMP FAR、RETURN FAR、INT和IRET进行了定向功能验证，编写测试激励800余条，实现功能点覆盖率100％，发现设计错误32处。

关键词：集成电路测试复杂指令运行模式功能验证

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交通专用短程通信系统信道特性仿真测试

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科技视界 2015年第1期 25-27页

作者：殷晓敏金婕孙玲南通大学江苏省专用集成电路设计重点实验室江苏南通226019 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

专用短程通信协议(DSRC)为实现对车辆的实时、动态和智能化管理提供了技术规范,是智能交通系统(ITS)的核心技术之一。本文基于基带信号产生和信道仿真仪器N5106A、矢量信号发生器E4438C和信号分析仪N9020A等Angilent测试仪模拟真实环境... 详细信息

专用短程通信协议(DSRC)为实现对车辆的实时、动态和智能化管理提供了技术规范,是智能交通系统(ITS)的核心技术之一。本文基于基带信号产生和信道仿真仪器N5106A、矢量信号发生器E4438C和信号分析仪N9020A等Angilent测试仪模拟真实环境因素,讨论了面向DSRC通信的信道模拟和测试平台,结果表明在类似的信道作用下,信号接收质量存在一定的随机性,在帧结构的保护时隙范围之内,可以通过均衡消除延时的影响。为ITS系统的设计提供了参考。

关键词：智能交通交通专用短程通信信道仿真

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