高性能众核处理器申威26010

申威26010高性能众核处理器在多核处理器申威1600基础上,采用片上系统(system on chip,SoC)技术,在单芯片内集成4个运算控制核心和256个运算核心,采用 自主设计的64位申威RISC(reduced instruction set computer)指令系统,支持256位 SIMD(single instruction multiple data)整数和浮点向量加速运算,单芯片双精度浮点峰值性能达3.168TFLOPS.申威26010处理器基于28 nm工艺流片,芯片die面积超过500 mm2,芯片260个核心稳定运行频率达1.5 GHz.申威26010处理器从结构级、微结构级到电路级,综合采用多种低功耗设计技术,峰值能效比达10.559GFLOPS/W.芯片运行频率和能效比均超过同时期国际同类型处理器.申威26010通过在高频率设计、稳定可靠性设计和成品率设计等方面的技术创新,有效解决了芯片在实现高性能目标中所遇到的高频率目标、功耗墙、稳定可靠性和成品率等难题,成功大规模应用于国产10万万亿次超级计算机系统"神威·太湖之光",有效满足了科学与工程应用的计算需求.     

面向E级超算系统的众核片上存储层次研究

当前众核已成为构建高性能计算（HPC）超级计算机的主流微处理器架构，为HPC领域E级超算提供强大的算力。随着众核处理器片上集成的运算核心数量不断增加，众多核心对存储资源竞争愈加激烈，“访存墙”问题越来越突出。众核片上存储层次是缓解“访存墙”问题并帮助HPC应用更好地发挥众核处理器的计算优势以提升实际应用性能的重要结构。众核片上存储层次的设计对众核片上系统性能、功耗和面积具有重要影响，是众核结构设计中的重要环节，也是业界的研究热点。由于众核芯片发展历史和片上微体系结构设计技术的不同，以及所面向的应用领域需求不同等原因，目前的HPC主流众核片上存储层次结构并不单一，但从横向比较和各处理器自身纵向发展趋势，以及从HPC与数据科学、机器学习不断融合发展带来的应用需求变化来看，SPM+Cache的混合结构最可能成为今后HPC E级超算系统众核处理器片上存储层次设计的主流选择。在面向E级计算的软件和算法层面，开展针对众核存储层次特点的设计与优化，可以帮助HPC应用更好地发挥众核处理器的计算优势，从而有效提升实际应用性能，因此面向众核片上存储层次特点的软件及算法设计与优化技术也是业界的研究热点之一。...     

众核处理器的共享一级指令缓存研究

众核处理器设计在芯片面积上受到了巨大挑战,如何将有限的芯片面积投入到运算能力中,是众核处理器体系结构研究的热点。聚焦众核处理器的指令缓存结构设计,研究通过在多核核心之间共享一级指令缓存,以获取指令系统及处理器流水线性能的提升。给出了共享指令缓存的结构设计,对该结构进行了节拍级精确的性能模拟,并通过RTL级代码的综合得到了面积开销和时序指标。测试结果表明,共享指令缓存可以降低11%~27%的缓存脱靶率,提升4%~7%的流水线性能。     

高性能众核处理器芯片时钟网络设计

随着芯片工艺演进与设计规模增加,高性能众核处理器芯片时钟网络设计面临时序和功耗的全方位挑战。为降低芯片时钟网络功耗并缓解时钟网络分布受片上偏差影响导致的时钟偏斜,在H-Tree+MESH混合时钟网络结构的基础上,结合新一代众核处理器芯片面积大及核心时钟网络分布广的特点,基于标准多源时钟树设计策略构建多源时钟树综合（MRCTS）结构,通过全局H-Tree时钟树保证芯片不同区域间时钟偏斜的稳定可控,利用局部时钟树综合进行关键路径的时序优化以实现时序收敛。实验结果表明,MRCTS能在保证时钟延时、时钟偏斜等性能参数可控的基础上,有效降低时钟网络的负载和功耗,大幅压缩综合子模块的布线资源,加速关键路径的时序收敛,并且在相同电源电压和时钟频率的实测条件下,可获得约22.15%的时钟网络功耗优化。     

面向高性能计算的众核处理器结构级高能效技术

随着半导体技术的进步,众核处理器已经广泛应用于高性能计算领域.而要构建未来高性能计算系统,处理器必须突破严峻的"能耗墙"挑战.文中以一款自主众核处理器DFMC原型为基础,首先对其在典型负载下的能耗分布进行了分析,结合该处理器的具体结构,提出了基于指令窗口的指令缓冲、操作数锁存两种结构级能效优化技术,探索了能效优先的浮点部件设计方法.实验表明,通过上述技术可以降低处理器取指和译码能耗约50%、寄存器文件能耗11.2%和浮点部件能耗17.6%,最终全芯片降低能耗约14.7%.在该文所述实验环境下,作者还进行了DFMC原型的双精度矩阵乘(DGEMM)性能功耗比测试,并与NVIDIA公司的Kepler K20GPU进行了对比.     

高效的部分冗余容错编译:复制错误流关键子图

传统的容错编译通常复制所有的计算并且使用完全冗余的存储单元来保证容错.这种完全冗余在存储空间和性能上的开销都是相当大的.在错误流分析的基础上提出错误流图的关键子图的概念以及通过关键结点和关键路径生成关键子图的方法,并设计了通过复制错误流关键子图实现部分冗余的算法.在保证有效容错能力的同时,部分冗余明显减小了经过容错编译的程序在存储空间和性能上的开销.实验显示,与复制全部错误流图的完全冗余相比,在结点覆盖率降低6.25%的情况下,部分冗余算法最多能够减少寄存器的使用数量6.25%,减少功耗超过17%,减少执行时间接近26%,同时提高性能超过22%.     

基于动态规划的暗硅背景下功率受限众核系统芯片功率分配方法研究

高性能众核系统芯片快速增长的功耗成为限制其性能发展的瓶颈之一。由于受到散热、封装、外部供电能力等限制,众核系统芯片的功率预算不足以支撑芯片内所有处理器核同时正常工作。针对暗硅背景下功率受限的情况,对众核系统芯片功率分配进行了研究。提出一种新的能量分配算法--基于动态规划的并行分配方式,在功率受限的情况的下达到最优化性能。通过实验证明,与其他三种知名的方法相比,可以有效的减少30%的执行时间,同时运行开销和硬件成本也比较小,这使得该方案适用于未来的众核系统。     

Parallel C语言级容错机制的设计与实现

大规模异构众核计算机系统具有计算能力强、性能功耗比高等突出优点,已成为超级计算机的发展方向,但其复杂的异构结构和庞大的系统规模,也使系统的可用性面临巨大挑战,因此研究面向大规模异构众核系统的轻量级容错技术具有重要意义。针对传统基于检查点的系统级容错开销过大的问题,在Parallel C语言中设计并实现了故障局部感知的轻量级降级、编译指导与自动分析的检查点等语言支持的容错机制,兼顾了好用性和高效性。局部故障感知的轻量级降级结合动态任务调度框架实现,支持众核系统,可扩展到百万以上并行规模;编译指导与自动分析的检查点通过程序员插入简单的编译指示,由编译器进行分析,提示不需要保留的数据,可有效降低保留恢复的数据量。神威太湖之光超级计算机上的测试数据表明,两种容错措施相对于传统容错方法效果良好,轻量级降级的容错开销小于1%,相对于传统回卷容错方法单次故障执行时间可减少3.5%以上,编译指导与自动分析的检查点在典型应用中最多可将保留量降低至1/10,具有很好的实用性。     

一种类数据流驱动的可重构众核流处理器设计

传统的片上多核结构存在着计算资源粒度固定的缺点,无法满足应用在不同阶段对计算资源的差异化需求.针对上述问题,本文设计了运行时逻辑核可调整的可重构众核流处理器及流程序映射方案,以期满足应用各个阶段对计算资源的需求,且不造成资源浪费.通过在时钟精确软件模拟器上评估不同类型应用的性能表现,分析了处理器主要设计参数对性能的影响.实验结果表明,与具有同样计算资源的固定粒度流处理器相比,本文设计的可重构众核流处理器能够获得10％-30％的性能提升.     

一种阵列众核处理器的多级指令缓存结构

阵列众核处理器由于其较高的计算性能和能效比已经被广泛应用于高性能计算领域。而要构建未来高性能计算系统处理器必须解决严峻的"访存墙"挑战以及核心协同问题。通常的阵列处理器中,核心多采用单线程结构,以减少开销,但是对访存提出了较高的要求。在阵列众核处理器中,在单核心中引入硬件同时多线程技术,针对实验中一级指令缓存命中率随着线程数增加而显著降低的问题,提出了一种面向阵列众核处理器的冗余指令缓存存储结构,基于该结构,提出采用FIFO及类LRU替换策略。通过上述优化的高速缓存结构设计,经实验模拟,双线程整体指令Cache失效率降低了25.2%,整体CPI性能提升了30.2%。     

煤矿井下安全监控分站的设计及其仿真实现

为了设计一种具有低成本、低功耗、易操作、功能强且可靠性高的煤矿井下安全分站,针对煤矿安全生产实际,文章提出了采用MCS-51系列单片机为核心、具有CAN总线通信接口的煤矿井下安全监控分站的设计方案;首先给出煤矿井下安全监控分站的整体构架设计,然后着重阐述模拟量输入信号处理系统的设计过程,最后说明单片机最小系统及其键盘、显示、报警、通信等各个组成部分的设计;为验证设计方案的可行性与有效性,使用Proteus软件对设计内容进行仿真验证,设计的煤矿井下安全监控分站具有瓦斯、温度等模拟量参数超标报警功能和电机开停、风门开闭等开关量指示功能;仿真结果表明:设计的煤矿井下安全监控分站具有一定的实际应用价值.     

View-based model-driven architecture for enhancing maintainability of data access services

In modern service-oriented architectures, database access is done by a special type of services, the so-called data access services (DAS). Though, particularly in data-intensive applications, using and developing DAS are very common today, the link between the DAS and their implementation, e.g. a layer of data access objects (DAOs) encapsulating the database queries, still is not sufficiently elaborated, yet. As a result, as the number of DAS grows, finding the desired DAS for reuse and/or associated documentation can become an impossible task. In this paper we focus on bridging this gap between the DAS and their implementation by presenting a view-based, model-driven data access architecture (VMDA) managing models of the DAS, DAOs and database queries in a queryable manner. Our models support tailored views of different stakeholders and are scalable with all types of DAS implementations. In this paper we show that our view-based and model driven architecture approach can enhance software development productivity and maintainability by improving DAS documentation. Moreover, our VMDA opens a wide range of applications such as evaluating DAS usage for DAS performance optimization. Furthermore, we provide tool support and illustrate the applicability of our VMDA in a large-scale case study. Finally, we quantitatively prove that our approach performs with acceptable response times.     

A pragmatic multi-method investigation of discrepant technological events: Coping,attributions, and ‘accidental’ learning

Discrepant technological events or situations that entail a problem, a misunderstanding or a difficulty with the Information Technology (IT) being employed, are common in the workplace, and can lead to frustration and avoidance behaviors. Little is known, however, about how individuals cope with these events. This paper examines these events by using a multi-method pragmatic approach informed by coping theory. The results of two studies – a critical incident study and an experiment – serve to build and test, respectively, a theoretical model that posits that individuals use a variety of strategies when dealing with these events: they experience negative emotions, make external attributions, and adopt engagement coping strategies directed at solving the event, eventually switching to a disengagement coping strategy when they feel they have no control over the situation. Furthermore, users’ efforts may result in ‘accidental’ learning as they try to overcome the discrepant IT events through engagement coping. The paper ends with a discussion of the results in light of existing literature, future opportunities for research, and implications for practice.     

The Distributed Time-Triggered Simulation Scheme: Core Principles and Supporting Execution Engine

Distributed real-time simulation is a young technology field but its practice is under increasing demands. In recent years the author and his collaborators have been establishing a new approach called the distributed time-triggered simulation (DTS) scheme which is conceptually simple and easy to use but widely applicable. The concept was initiated in the course of developing a new-generation object-oriented real-time programming scheme called the time-triggered message-triggered object (TMO) programming scheme. Some fundamental issues inherent in distributed real-time simulation that were learned during recent experimental studies are discussed along with some approaches for resolving the issues. An execution engine developed to support both the TMOs engaged in control computation and the TMOs engaged in DTS is also discussed along with its possible extensions that will enable significantly larger-scale DTSs.     

Software-Konfigurationsmanagement in großen Softwareprojekten

Zusammenfassung Mit zunehmender Größe der Softwaresysteme verschärfen sich die für die Software-Herstellung typischen Probleme: Beherrschen großer Objektmengen, Erhalten der Systemkonsistenz, Kontrolle der ständigen Änderungseinflüsse und Gewährleisten einer langen Lebensdauer. Die Disziplin Konfigurationsmanagement bildet den methodischen Ansatz, diese Probleme besser zu beherrschen. Software-Konfigurationsmanagement faßt die Herstellung von Softwaresystemen als eine Abfolge von kontrollierten Änderungen an gesicherten Zwischen- und Endergebnissen auf. Dargestellt werden die Objekte und Funktionen des Software-Konfigurationsmanagements sowie die hierfür in großen Software-Projekten benötigten Methoden, Instanzen und Hilfsmittel.     

Information for Authors

正http://www.zju.edu.cn/jzus http://www.springerlink.com Aim The Journals of Zhejiang University-SCIENCE(A/B/C)are edited by the international board of distinguished Chinese and foreign scientists,and are aimed to present the latest developments and achievements in scientific research in China and     

Editorial:Brain-machine interface(BMI) and cyborg intelligence

正Brain-machine interfaces(BMIs)aim at building a direct communication pathway between the brain and an external device,and represent an area of research where significant progress has been made during the past decade.Based on BMIs,mind information can be read out by neural signals to control     

Information for Authors

正http://www.zju.edu.cn/jzus http://www.springerlink.com Aim The Journals of Zhejiang University-SCIENCE(A/B/C)are edited by the international board of distinguished Chinese and foreign scientists,and are aimed to present the latest developments and achievements in scientific research in China and overseas to the world’s scientific circles,especially to stimulate     

SCIENCE CHINA Information Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

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正http://www.zju.edu.cn/jzus http://www.springerlink.com Aim The Journals of Zhejiang University-SCIENCE(A/B/C)are edited by the international board of distinguished Chinese and foreign scientists,and are aimed to present the latest developments and achievements in scientific research in China and overseas to the world’s scientific circles,especially to stimulate