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2012全国高性能计算学术年会

作者： Liu Xu 刘旭 Zhang Aiqing 张爱清 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics Beijing 100094 State Key Laboratory of C 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100094 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 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics Beijing 100094 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

在一些复杂的结构网格应用中，计算区域由处于不同索引空间中的多个矩形区域拼接构成。传统的负载平衡方法无法解决这些应用中的空间矩形剖分的负载平衡问题。为了解决这种负载平衡问题，推广了递归对分法。理论分析表明，新方法具有线... 详细信息

在一些复杂的结构网格应用中，计算区域由处于不同索引空间中的多个矩形区域拼接构成。传统的负载平衡方法无法解决这些应用中的空间矩形剖分的负载平衡问题。为了解决这种负载平衡问题，推广了递归对分法。理论分析表明，新方法具有线性时间复杂度。模型问题和实际问题的测试结果表明，针对数千路的剖分问题，该算法能够计算出具有较高负载平衡效率和较好面体比的剖分。

关键词：并行计算结构网格负载平衡算法空间矩形剖

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相变存储器的可靠性设计方法

相变存储器的可靠性设计方法

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第七届中国测试学术会议

作者： Fang Yuntan 方运潭 Li Huawei 李华伟 Li Xiaowei 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 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

相变存储器(Phase Change Memory,PCM)由于其高密度、低漏电功耗、抗辐射、非易失性、可扩展性等优势受到学术界和工业界的广泛关注,但是它面临着寿命有限、电阻漂移等可靠性问题。提高相变存储器的寿命和缓解电阻漂移对于其实用化十分... 详细信息

相变存储器(Phase Change Memory,PCM)由于其高密度、低漏电功耗、抗辐射、非易失性、可扩展性等优势受到学术界和工业界的广泛关注,但是它面临着寿命有限、电阻漂移等可靠性问题。提高相变存储器的寿命和缓解电阻漂移对于其实用化十分重要。本文介绍了相变存储器的故障模型,延长其寿命的四类主要方法以及电阻漂移缓解方法。

关键词：相变存储器可靠性设计故障模型电阻漂移

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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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高效稳定的GPU内存管理系统

高效稳定的GPU内存管理系统

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第 23 届全国信息存储技术学术会议

作者：张静蓉王子豪陈庾万晓华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

近年来基于GPU的并行技术发展迅猛,许多计算量很大的应用通过GPU并行计算获得了近百倍的加速比。然而,GPU的异构并行在内存管理方面面临着诸多问题。首先,GPU端显存的分配与访问、GPU与CPU的数据传输十分耗时。其次,应用GPU处理的问题...

近年来基于GPU的并行技术发展迅猛,许多计算量很大的应用通过GPU并行计算获得了近百倍的加速比。然而,GPU的异构并行在内存管理方面面临着诸多问题。首先,GPU端显存的分配与访问、GPU与CPU的数据传输十分耗时。其次,应用GPU处理的问题越来越复杂,涉及的分配与释放的变量数量也越来越多,尺寸也越来越大。这对GPU端的内存管理提出了更高的要求。可是目前GPU端尚没有一个同时针对高效数据传输和提高内存利用率这两个目标设计的GPU内存管理系统。针对这个的问题,我们设计了一个可以高效稳定地管理GPU端内存分配的系统。首先,我们提出对变量进行分组管理,以减少数据分配和传输时间。其次,我们设计了一个"两阶段的内存管理机制"。在内存相对充裕的第一阶段,栈式内存管理机制可以帮助我们快速完成数据分配。在内存紧张的第二阶段,链式的内存管理机制可以保证程序正常运行。关于数据传输耗时的问题,由于数据传输的发起动作本身就很耗时,当程序需要传输多个小数据时,一般的数据传输方式意味着大量时间花费在了发起动作。将数据组织在一起传输过去可以减少数据传输消耗的时间。然而,将内存组织在一起需要程序员自己计算每个变量的地址偏移量。还需要考虑地址对齐等问题。这使得代码难读又容易出错。我们提出在数据的分配和传输阶段,将变量分组的技术。注册在同一组的变量会拥有相邻的地址空间,一次分配操作就可以为各个变量分配好各自的CPU端和GPU端地址。在没有内存管理系统的情况下,由于变量申请和释放时间的随机性,GPU端的内存会随着程序的进行,碎片化会越来越严重。由于GPU内存分配要求一个变量占用的内存空间连续,这就会出现即使GPU可用内存足够,仍旧无法满足内存申请的情况。连续内存便于寻址和数据传输,为了同时利用连续内存访问的好处并保证内存利用率,我们设计了一个双阶段的内存分配机制。首先,在内存资源不是约束条件的状态下,我们采用基于栈式的内存分配机制。通过移动栈顶指针来分配和释放内存。在释放不与栈顶相邻的内存时,我们就把它存入链式自由空间以备之后使用。栈式的内存管理在内存资源不是瓶颈的情况下,充分利用连续内存的优势,快速完成内存分配任务。其次,当内存资源紧张的时候,栈顶之上的自由内存可能无法满足内存分配的要求。这时就要使用之前释放的不连续内存来完成内存分配。在链式内存分配阶段,若存在一个尺寸大于申请的内存块,我们采用"首次适应"原则分配内存。若存在多块不连续内存尺寸之和可以满足一次内存分配,我们以尽量少的不连续内存块为链式内存分配的首要原则,"首次适应"为次要原则来完成不连续内存的分配。同时,针对不连续内存的情况,为了让程序可以快速获得地址,我们设计了一个以线程块(block)为单位的地址索引结构来加速地址的寻址。综上所述,我们建立了一个GPU端的内存管理系统。对变量的分组可以加速数据的传输,减少内存的碎片化,帮助编程人员组织变量。通过双阶段的内存管理,可以在内存相对充裕的情况下快速完成数据传输,在内存紧张的情况下,保证程序正确运行。实验结果表明,我们设计的内存管理系统可以在GPU端高效的运行。

关键词：

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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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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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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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GRE:针对大规模图处理的一种新型算法框架

GRE:针对大规模图处理的一种新型算法框架

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2012全国高性能计算学术年会

作者： YAN Jie 闫洁 TAN Guang-Ming 谭光明 SUN Ning-Hui 孙凝晖 Institute of Computing Technology Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China State Key Laborat 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 中科院大学北京 100190 Institute of Computing Technology Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China State Key Laborat 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 Institute of Computing Technology Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China 中国科学院计算技术研究所北京 100190

在大数据时代,图的分析和挖掘是一类非常重要的应用.其中,一大类的图算法可以用遍历模式来实现.本文通过对图遍历算法的基本计算特征进行分析,给出了一个新的实现图遍历算法的框架—***采用扩展的广度优先搜索(GBFS)作为编程模型,同时... 详细信息

在大数据时代,图的分析和挖掘是一类非常重要的应用.其中,一大类的图算法可以用遍历模式来实现.本文通过对图遍历算法的基本计算特征进行分析,给出了一个新的实现图遍历算法的框架—***采用扩展的广度优先搜索(GBFS)作为编程模型,同时底层提供统一的Runtime环境.用户只需要要对GBFS的基本操作原语进行实例化,就可以实现具体的算法.本文同时给出了三个典型的图遍历算法,即BFS,SSSP和PageRank的GRE实现.

关键词：图遍历算法大规模图处理编程模型并行算法

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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.

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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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