检索结果-内蒙古大学图书馆

计算机研究与发展 2024年

作者：王紫芮 * 蒋德钧处理器芯片全国重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 先进计算机系统研究中心(中国科学院计算技术研究所) 中国科学院大学

随着内存密集型应用的快速发展，应用对单机内存容量的需求日益增大.然而，受到颗粒密度的限制，内存容量的扩展度较低.页交换机制是进行内存扩展的经典技术，该机制通过将较少使用的内存页面暂存在存储设备，以达到扩展内存的目的.过... 详细信息

随着内存密集型应用的快速发展，应用对单机内存容量的需求日益增大.然而，受到颗粒密度的限制，内存容量的扩展度较低.页交换机制是进行内存扩展的经典技术，该机制通过将较少使用的内存页面暂存在存储设备，以达到扩展内存的目的.过去页交换机制由于慢速磁盘的读写速度限制，无法被广泛应用.近年来，得益于超低延迟固态硬盘（solid state drive, SSD）的快速发展，页交换机制可以利用其低延迟的读写特性，提升页交换效率.然而，在低I/O延迟的情况下，传统页交换机制的I/O栈存在巨大的软件开销.首先对使用超低延迟SSD的Linux页交换机制进行测试与分析，发现现有页交换机制的主要瓶颈在于发送请求时存在队头阻塞问题、I/O合并和调度开销，以及内核返回路径上的中断处理和直接内存回收开销.基于分析结果，提出基于超低延迟SSD的页交换机制***在Linux I/O栈的基础上增加对轮询请求的处理，并降低I/O合并与调度开销，实现轻量级的I/O栈.基于Ultraswap的I/O栈，对内核页交换机制的换入与换出路径进一步优化.通过优化对缺页、直接内存回收的处理，降低页交换机制关键路径上的时间开销.实验结果表明Ultraswap在应用测试场景下相比Linux页交换机制能够提升19%的平均性能；在可使用内存比例为20%的情况下，Ultraswap可达到33%的性能提升.

关键词：页交换 I/O栈超低延迟SSD 轮询 NVMe SSD

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基于软硬件协同加速的关系网络推理优化方法

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高技术通讯 2022年第4期32卷 327-336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

针对数据中心基于图形处理器(GPU)平台的关系网络推理计算中存在的低效能问题,本文提出了一种基于软硬件协同加速的关系网络优化方法。该方法采用基于GPU提取的支持集特征池与现场可编程门阵列(FPGA)推理异构协同的方式处理关系网络的... 详细信息

针对数据中心基于图形处理器(GPU)平台的关系网络推理计算中存在的低效能问题,本文提出了一种基于软硬件协同加速的关系网络优化方法。该方法采用基于GPU提取的支持集特征池与现场可编程门阵列(FPGA)推理异构协同的方式处理关系网络的推理计算,在高效能计算的同时保持关系网络的推理计算与GPU平台一致的准确率。利用基于高级综合(HLS)优化浮点卷积神经网络的计算方式,提高关系网络的处理能效。利用多运算单元异构多核处理的方式,满足FPGA时序收敛的同时,提升FPGA片上吞吐能力。本文在FPGA平台上实现了关系网络推理运算单元,在Omniglot数据集上构建的加速器功耗为15.867W,相对于GPU加速比为1.4~17.2;在miniImageNet数据集上构建的加速器功耗为12.359W,相对于GPU加速比为1.5~3.4。本文方法与同类FPGA加速浮点卷积神经网络相比,达到了最优的计算效能。实验数据表明,该方法有效利用了软硬件协同计算以及FPGA可重构计算的优势,降低了软硬件协同开发的耦合度,在保持关系网络推理计算准确率的同时,提升了关系网络推理的计算效能。

关键词：关系网络软硬件协同加速卷积神经网络异构多核

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基于顶点加权的介度中心近似算法研究

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计算机研究与发展 2016年第7期53卷 1631-1640页

作者：王敏王蕾冯晓兵曹宝香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 曲阜师范大学信息科学与工程学院山东日照276800

介度中心(betweenness centrality,BC)是衡量网络节点重要程度的一个广泛使用的指标,最快的介度中心算法需要计算n次单源最短路径,时间复杂度是O(V×E).介度中心算法的瓶颈就在于计算量太大,导致运行时间太长,无法在实际中应用,因... 详细信息

介度中心(betweenness centrality,BC)是衡量网络节点重要程度的一个广泛使用的指标,最快的介度中心算法需要计算n次单源最短路径,时间复杂度是O(V×E).介度中心算法的瓶颈就在于计算量太大,导致运行时间太长,无法在实际中应用,因此需要从近似算法的角度降低介度中心算法的计算量.目前介度中心近似算法在计算自然图时对计算量的降低并不显著.为了进一步降低介度中心算法的计算量,提出了一种基于顶点加权的介度中心近似算法,该算法采用顶点加权的方式将多次重复计算过程累加到一次计算过程上,结合选择高影响力源点的方法可以大大降低介度中心算法的计算量,加速比平均达到了25倍,并且最大误差百分比小于0.01%.

关键词：介度中心算法计算量影响力顶点加权近似

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片上多核处理器的结构级功耗建模与优化技术研究

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自然科学进展 2009年第12期19卷 1398-1409页

作者：张戈胡伟武黄琨曾洪博王君中国科学院计算技术研究所微处理器中心中国科学院计算机系统结构重点实验室北京100190

功耗是导致片上多核处理器出现故障的重要诱因,也是片上多核处理器设计的重要制约因素。如何降低多核处理器的功耗并提高处理器能量效率,具有很大的研究意义与探索空间。文中主要从体系结构设计者的角度,并结合电路实现,研究并总结纳米... 详细信息

功耗是导致片上多核处理器出现故障的重要诱因,也是片上多核处理器设计的重要制约因素。如何降低多核处理器的功耗并提高处理器能量效率,具有很大的研究意义与探索空间。文中主要从体系结构设计者的角度,并结合电路实现,研究并总结纳米级工艺下片上多核处理器的功耗建模与评估方法,及其不同构件的低功耗优化技术。通过提出创新高效的多核处理器结构级功耗评估方法及其模拟平台,提高多核结构功耗模拟的准确性与灵活性,并以此为依托,开展处理器核、片上网络、片上存储及其一致性协议的各方面优化,寻求提高多核处理器功耗有效性的微体系结构,为国产多核处理器的低功耗设计提供一定借鉴与参考。

关键词：片上多核处理器功耗建模功耗评估低功耗结构

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面向3D生成对抗网络的频域加速器设计

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计算机辅助设计与图形学学报 2023年第6期35卷 953-960页

作者：江卓燊刘博生唐忆滨武继刚广东工业大学计算机学院广州510006 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 武汉数字工程研究所武汉430074

三维生成对抗网络(3D generative adversarial networks,3D GANs)广泛应用于模型预测、对象生成等领域.针对当前3D GANs加速器存在计算开销高、访存能耗高等问题,提出一种基于快速傅里叶变换(FFTs)的3D GANs频域加速器设计(FAG).首先针... 详细信息

三维生成对抗网络(3D generative adversarial networks,3D GANs)广泛应用于模型预测、对象生成等领域.针对当前3D GANs加速器存在计算开销高、访存能耗高等问题,提出一种基于快速傅里叶变换(FFTs)的3D GANs频域加速器设计(FAG).首先针对3D GANs加速器计算开销高的问题,提出支持频域3D GANs计算的硬件架构,利用频域低计算复杂度特性和频域反卷积中的零值模式以减少计算开销;其次针对3D GANs加速器访存能耗高的问题,提出支持3D卷积和反卷积计算的频域映射调度流,利用频域共轭对称特性和反卷积中的零值模式减少访存开销.基于ModelNet数据集和3个3D GANs模型(3DGAN,3D-IWGAN和3D-PhysNet)的评估结果表明,与具有代表性的频域加速器相比,FAG可使性能提高76%,能效提高141%;与具有代表性的空间域加速器相比,FAG的性能提高6倍,能效提高46倍.

关键词：频域加速器 3D GANs 反卷积数据重用调度流

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针对子程序结构的线程级推测并行性分析

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小型微型计算机系统 2009年第2期30卷 230-235页

作者：梁博安虹王莉王耀彬中国科学技术大学计算机科学与技术系安徽合肥230026 中国科学院计算技术研究所计算机系统结构重点实验室北京100080

线程级推测技术为开发更多的线程级并行性,充分利用多核加速传统上难以手工或自动并行化的串行程序提供可行的技术途径.然而,这种技术的性能严重地依赖于线程划分方案.有研究表明,仅推测执行循环所产生的并行性是不够的,但推测执行子程... 详细信息

线程级推测技术为开发更多的线程级并行性,充分利用多核加速传统上难以手工或自动并行化的串行程序提供可行的技术途径.然而,这种技术的性能严重地依赖于线程划分方案.有研究表明,仅推测执行循环所产生的并行性是不够的,但推测执行子程序结构比循环结构要难.本文提出寻找适于推测并行执行的子程序结构的基本判定依据;通过运行由Simplescalar工具集改造得到的动态剖析工具ProRV、ProFun和SPEC CPU2000基准测试程序,我们对子程序结构线程化推测执行的适合性进行详细分析,给出具有指导意义的实验分析方法和实验数据.我们发现:1无返回值的子程序结构占据程序整体执行时间的大约40%;返回稀疏整型的子程序结构占据了程序整体执行时间的大约10%,对其返回值的预测成功率在70%左右.对于其他返回值类型的子程序结构,由于对其返回值的预测成功率过低,我们认为不适合作为线程划分的对象.2简单的last-value的值预测方案对于返回值的预测是简单而且足够有效的.3访存数据依赖普遍存在于子程序与其后继代码之间,显式同步机制对于针对子程序结构的线程级推测是必要的.

关键词：线程级推测串行程序自动并行化子程序结构动态剖析数据依赖分析

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一种快速的滑动标记缩并垃圾收集算法

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电子学报 2008年第10期36卷 1955-1960页

作者：邹琼章隆兵中国科学技术大学计算机科学与技术系安徽合肥230027 中国科学院计算技术研究所计算机系统结构重点实验室北京100190

Java语言完全面向对象,因此对象局部性是衡量Java虚拟机性能的重要指标.在Java虚拟机中,由垃圾收集算法负责检测并且回收不再使用的对象,它直接影响着Java程序的性能.保持对象分配序能够提供最佳的局部性.滑动标记缩并算法正是基于这一... 详细信息

Java语言完全面向对象,因此对象局部性是衡量Java虚拟机性能的重要指标.在Java虚拟机中,由垃圾收集算法负责检测并且回收不再使用的对象,它直接影响着Java程序的性能.保持对象分配序能够提供最佳的局部性.滑动标记缩并算法正是基于这一原则,但是传统上的设计使得算法的效率很低.本文提出一种快速的滑动标记缩并算法,它通过位图、活块池和块内偏移表来简化算法,大大的降低了开销.实验结果表明,快速的滑动标记缩并算法使得标准工业测试程序SPECJVM98的性能在Pentium4上有不同程度的提高,最高达到8.9%;同时程序的局部性也优于线性标记缩并算法,与深度遍历序相比,DTLB(Data Translation Lookaside Buffer)与2级Cache失效率改善最多分别为11%和13.6%.

关键词：垃圾收集标记缩并位图活块池块内偏移表

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基于数据流块的空间指令调度方法

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计算机研究与发展 2017年第4期54卷 750-763页

作者：刘炳涛王达叶笑春范东睿张志敏唐志敏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 中国科学院大学计算机与控制学院北京100049 杭州电子科技大学信息与控制研究所 310018

分簇超标量处理器将硬件资源分区来避免大的单体部件导致的功耗与周期惩罚,动态多核处理器融合多个物理核的硬件资源提供适应程序需求的计算能力,这些结构合理使用空间分布的硬件资源实现高能效的计算.空间分区结构中指令负载不均衡和... 详细信息

分簇超标量处理器将硬件资源分区来避免大的单体部件导致的功耗与周期惩罚,动态多核处理器融合多个物理核的硬件资源提供适应程序需求的计算能力,这些结构合理使用空间分布的硬件资源实现高能效的计算.空间分区结构中指令负载不均衡和跨区操作数传递延迟等问题可导致性能惩罚,需要有效的指令调度方法将计算在分区间进行分布.提出了基于数据流块(data-flow block,DFB)的空间指令调度方法.DFB是动态构建、缓存并重用的一个或数个顺序执行的指令基本块的调度模式.DFB调度算法建模动态指令流中的数据流约束和硬件资源定义的调度空间,然后根据指令量化的相对关键性完成调度决策.介绍了DFB调度的微结构框架和算法.通过对分区数、分区间延迟和调度窗口容量等与调度方法密切相关的微结构参数的实验,证明了DFB调度的性能和稳定性优于负载均衡调度和基于依赖的调度.最后举例证明结合一种数据流块缓存实现的DFB调度达到的调度效果接近理想化的DFB调度.

关键词：处理器微结构负载均衡旨令调度数据流关键路径

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面向功能向量的并行逻辑模拟

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计算机辅助设计与图形学学报 2023年第5期35卷 803-810页

作者：赖李洋杨玉鑫李华伟林晓泽汕头大学电子信息工程系汕头515063 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

为了提高数字系统中功能向量的模拟效率并获得良好的性能扩展性,提出一种并行逻辑模拟算法.首先针对异质计算中图形显卡和多核微处理器的架构特性,结合同层级逻辑门仿真的任务并行性和竞争包容的事件管理机制;然后采用基于位操作的门运... 详细信息

为了提高数字系统中功能向量的模拟效率并获得良好的性能扩展性,提出一种并行逻辑模拟算法.首先针对异质计算中图形显卡和多核微处理器的架构特性,结合同层级逻辑门仿真的任务并行性和竞争包容的事件管理机制;然后采用基于位操作的门运算、基于时帧的模拟以及基于VCD的功能向量进行逻辑仿真.在超百万门的开源电路openMSP和ISCAS89上的实验结果表明,对比单线程算法,功能向量模拟可以获得8.9~86.8的性能加速比,且加速比与电路的规模成正比.

关键词：并行逻辑模拟功能向量仿真异质并行计算

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二进制翻译系统中信号处理机制的研究

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高技术通讯 2015年第6期25卷 543-551页

作者：远翔武成岗王振江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

考虑到用户级二进制翻译(BT)系统需要支持在应用程序特别是多线程程序中广泛使用的信号机制,研究了用户级BT系统中的信号处理问题。详细分析了BT系统在处理信号时存在的各种问题,在此基础上设计了一种新的BT系统执行框架,用以降低用户... 详细信息

考虑到用户级二进制翻译(BT)系统需要支持在应用程序特别是多线程程序中广泛使用的信号机制,研究了用户级BT系统中的信号处理问题。详细分析了BT系统在处理信号时存在的各种问题,在此基础上设计了一种新的BT系统执行框架,用以降低用户级BT系统由于同时处理自己的信号和访客程序的信号造成的信号处理复杂度;提出了BT系统的信号隔离机制,用以避免BT系统处理信号时出现信号丢失和死锁问题,有效提高信号处理的健壮性。该机制的性能和有效性已通过测试试验得到验证。

关键词：用户级二进制翻译(BT) 信号处理多线程框架信号隔离

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