能耗并行加速比:高性能计算系统综合性能的有效度量

随着并行系统规模的扩大,高性能计算系统运行时消耗的能耗也在急剧增长,过高的能耗也给系统的可靠性、稳定性等方面带来严峻挑战。在这种情形下,能耗问题受到了前所未有的关注。因此,设计和研究高性能计算系统,需要在考虑高计算性能的同时兼顾系统低能耗的要求,这为高性能计算系统的度量模型提出了新的挑战。于是,大规模并行系统逐渐从"高性能"走向"高效能"的衡量标准。基于此,本文采用加速比度量指标,从系统可扩展角度将计算性能和能量消耗要素进行综合,提出了一种度量高性能计算系统综合性能的能耗并行加速比模型。该模型能够直观地反映并行计算系统的效能,旨在指导系统设计和应用研究。最后,通过对该模型的分析和模拟,验证了模型的有效性。     

通过基于COTS器件的软件容错技术提高空间高可靠计算机的性能

在空间计算机的设计和制造中,高性能和高可靠是一对矛盾.使用防辐照器件制造空间计算机能够提高可靠性,但是防辐照器件不仅价格昂贵,而且在性能上远远落后于同时代的COTS器件,不能满足日益增长的空间高性能应用的需求;而使用COTS器件制造的计算机能够达到很高的性能,而且具有较高的性价比,但是在容错能力比不上防辐照器件,不能满足空间计算机在可靠性方面的要求.在COTS器件上实现软件容错,是提高空间高可靠计算机性能的方法之一,现已成为国际上的趋势.美国国家宇航局喷气推进实验室和Stanford大学的可靠性计算实验室在这些方面都进行了卓有成效的研究.然而在COTS器件上实现软件容错也带来了许多挑战.软件容错带来的性能和功耗开销、软件本身的容错能力等都是必须面对的问题.在介绍了基于COTS器件的软件容错技术的背景和发展情况后,又针对其中的主要问题提出了可能的解决方法,其中基于错误流模型的容错编译技术具有较高的实用价值.     

基于FPGA的图着色问题求解

图着色问题是在满足相邻顶点不能分配相同颜色且颜色数最少的约束条件下,将图的顶点划分为不相交的集合,且每个集合中的顶点分配相同的颜色。由于图着色问题属于NP-完全问题,求解图着色问题的算法复杂度会随顶点个数的增加呈指数级增长。当顶点个数非常大时,通用处理器求解图着色问题的性能将会显著下降。因此,该文基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现求解图着色算法的专用硬件加速器。首先依据FPGA模块化的设计思路提出并实现了基于回溯法的图着色问题求解的硬件架构;其次分析了FPGA内部消耗资源与图着色顶点数之间的关系;最后利用通用异步收发传输器协议实现了通用处理器与FPGA的通信。实验结果表明,相比于在通用处理器上利用软件实现图着色算法,基于FPGA所实现的图着色算法运行时间减少了一个数量级。除此之外,FPGA内部消耗资源数与顶点个数呈线性关系,且每次迭代时FPGA运算所消耗的时间与顶点个数无关。     

红外图像质量的提升技术综述

由于红外热成像仪成像原理的局限性和大气环境的干扰,一般红外图像质量较低,具体表现为:空间分辨率低、对比度低、边缘模糊、细节缺失和易受噪声干扰等。本文从增强细节和边缘、提升图像对比度和抑制背景干扰3个方面,综述了红外图像质量提升技术的研究现状,并阐述了分析和提取图像低层结构是其发展趋势,对其他图像处理领域具有一定的借鉴意义。     

大规模MPI 并行计算的可扩展三模冗余容错机制

随着系统规模的扩大,并行计算的性能不断提高,但可靠性却也在不断下降,因此需要采用某种容错机制来容忍或恢复硬件故障和数据错误.目前常用的容错机制Checkpoint/Restart和多模冗余均引入了额外的开销,这些开销均在某种程度上制约了并行计算的可扩展性.因此,在高性能计算需求不断增长的今天,可扩展容错机制的设计显得尤为迫切和重要.以三模冗余(triple modular redundancy,简称TMR)为典型案例,描述了传统TMR在大规模MPI 并行计算上的实现方法,分析了该机制所面临的实际问题,进而指出传统TMR制约了并行计算的扩展.根据该技术所面临的问题,设计了可扩展三模冗余(scalable triple modular redundancy,简称STMR),并进一步验证了其有效性和可扩展性.该机制不仅能够处理Checkpoint/Restart针对的fail-stop故障,还能够解决绝大部分硬件不能直接感知的数据错误.最后,借用BlueGene/L的系统参数进行模拟,预测当系统规模增大时,在分别采用TMR和STMR的情况下并行计算可扩展性的变化,结果进一步验证了STMR是可扩展的容错机制.     

面向MOOC的程序设计语言课程教学设计

计算机程序设计语言的学习具有很强的实用性和普及性,随着大规模在线课程(MOOC)的兴起,计算机程序设计语言成为适合作为MOOC的课程之一。文章探讨如何利用MOOC这一工具,与校园教育相结合进行课程设计。从概念图、学习目标、主动学习和评价4个方面进行研究,说明具体的建议和操作方法,为未来计算机程序设计语言课程更好地适应MOOC变革做好准备。     

产出率并行加速比模型

针对并行计算系统的性能度量问题,在产出率度量模型的基础上,建立综合系统可靠性、通信、并行化控制和成本投入要素的产出率并行加速比模型,分析总结模型中各要素影响产出率并行加速比的关键因子,包括容错开销因子、通信开销因子、并行控制开销因子及成本开销因子,对上述关键因子进行模拟实验,以验证该模型的有效性。