《计算机体系结构研究新进展》专辑前言

计算机系统在微电子技术的驱动下,在应用需求的牵引下,快速发展.当前,计算机体系结构研究突出表现为微处理器体系结构研究,面临着许多新挑战.     

面向多兴趣区域图像处理应用的高效无冲突并行访问存储模型

针对不规则数据访问模式图像处理应用提出了一种通用的高效无冲突并行访问存储模型.在主存储器与处理器之间构建了一种多体存储结构,并将大部分的不规则数据访问模式归类为对图像中多个局部矩形兴趣区域内的任意位置固定大小矩形数据块的无冲突并行访问.为了提高访问效率,只将兴趣区域内的数据缓存在多体存储器中,且不同兴趣区域的重叠数据可以重用.多体存储器的寻址机制是基于提出的地址映射表结构进行动态寻址,而不是采用传统的固定寻址函数,既保证了对任意数据读写操作的编址一致性,又提高了数据重用性.每处理一个新兴趣区域就对地址映射表内容进行一次更新,提出的双表结构与数据块动态调度机制保证了更新过程与计算过程的并行执行.基于提出的存储模型构建了硬件体系结构,并在FPGA上实现,测试结果表明,与直接访问主存储器相比在访存速度上提高了几倍到上百倍.     

响应面优化桂花糯米藕复合糖液配方的研究

为了生产出风味优良,香、甜、糯、可口的适合工业化生产的优质桂花糯米藕,以白砂糖、香兰素、柠檬酸和桂花卤作为原料,研究了桂花糯米藕复合糖液组成.在单因素试验基础上,通过响应面分析法对糖液组成进行优化,确定最佳糖煮时间,提高了产品口感质量.结果表明,复合糖液的最佳配方为:白砂糖30.61%、香兰素0.02%、柠檬酸0.11%和桂花卤0.3%,最佳糖煮时间为90 min.响应面法对桂花糯米藕复合糖液配方优化合理可行,可提高桂花糯米藕的感官品质.     

基于FPGA的非编码RNA基因检测算法加速器研究

ncRNA(非编码RNA)是一类重要的遗传物质,它通过多种机制调控着基因的表达。由于缺少编码RNA基因所具有的典型特征,ncRNA基因的检测成为生物信息学RNA研究领域的热点问题。QRNA是目前该领域最典型使用最广泛的程序之一,但受限于O(L3)计算复杂度,传统的软件预测方法并不能满足日常研究的需要。本文基于FPGA平台实现了一种细粒度的并行ncRNA检测算法,利用CPU加FPGA的方案对QRNA程序实现细粒度并行,采用按矩阵列循环划分的任务分配策略实现处理单元间的负载平衡;采用数据预取、滑动窗口和数据传递流水线实现处理单元间的数据重用,减少片外访存开销。在单片FPGA上集成了由8个处理单元构成的计算阵列。实验结果表明,与运行在AMD四核9650处理器上的QRNA-2.0.3c程序相比,可获得超过18倍的加速效果,并且FPGA加速器功耗仅为通用微处理器平均功耗的20%。     

基于FPGA的细粒度并行CYK算法加速器设计与实现

基于随机上下文无关文法(SCFG)理论模型进行RNA二级结构预测是目前采用计算方法研究RNA二级结构的一种重要途径.由于基于SCFG模型的标准结构预测算法(Coche-Younger-Kasami,CYK)巨大的时空复杂度,对CYK算法进行加速成为计算生物学领域一个极具挑战性的热点问题.CYK的并行性能受限于算法多维度、非一致性的数据依赖关系和较低的计算/通信比,现有的基于通用微处理器结构的大规模并行处理方案不能获得令人满意的加速效果,并且大规模并行计算机系统硬件设备的购置、使用、日常维护的成本高昂,其适用性受到诸多限制.文中在深入分析CYK算法计算特征的基础上,基于FPGA平台提出并实现了一种细粒度的并行CYK算法.设计采用了对三维动态规划矩阵按区域分割和逐层按列并行处理的计算策略实现了多个处理单元间的负载均衡;采用数据预取、滑动窗口和数据传递流水线实现处理单元间的数据重用,有效解决了计算和通信间的平衡问题;设计了一种类似脉动阵列(systolic-like array)结构的主从多PE并行计算阵列,并在目前最大规模的FPGA芯片(Xilinx XC5VLX330)上成功集成了16个处理单元(process...     

自动映射多循环程序到有限FPGA资源的参数化流水线模板

FPGA为加速计算密集型应用提供了一个灵活高效的平台.然而,由于片上资源有限,在一些情况下,需要将大规模应用中包括的多个循环程序分别映射到FPGA上执行,当一个循环程序执行完毕后,需要重新配置FPGA以执行下一个循环程序,FPGA重构过程在整个程序执行过程中占用了较多时间.文中设计了一个参数化流水线模板,并提出了相应的指令分配调度策略,实现了自动将多循环程序顺序映射到目标FPGA片上系统,同时在程序切换时,不需要进行FPGA重构.实验结果表明,对每个循环程序,文中设计的流水线模板能达到与专用硬件结构相当的执行节拍,同时节约了程序切换时的重构时间.     

基于参数化存储结构的滑动窗口IP核自动生成

为解决目前高级综合方法在处理滑动窗口程序时存在的存储系统设计瓶颈问题,提出了参数化存储体系结构模型.采用三级存储层次,充分开发内层循环、外层循环的数据重用;采用寄存器平移策略,简化硬件设计.与相关工作相比,这种体系结构模型使用相对较少的存储资源,将程序执行速度提高了2.13倍~3.8倍,将执行频率由相关工作的69MHZ提升到了238.7MHZ.     

电路设计中一种常见的误区

我公司在1999年购置了两台上海亚华产的TYM920烫金机,该机高效、稳定的性能对我们保质保量地完成任务起到十分关键的作用.     

延迟焦化装置液化石油气脱硫醇工艺优化

介绍了采用纤维液膜反应技术的1.2 Mt/a延迟焦化装置液化石油气脱硫醇工艺,并对流程中溶剂反抽提部分溶剂汽油夹带大量碱液的原因进行了分析,确定对碱液再生部分中氧化塔及剂碱分离罐进行改造。同时增上溶剂汽油水洗流程,该流程采用旋流萃取分离技术,将溶剂汽油和水进行分离,溶剂中按最大碱质量分数18%计,其旋流萃取机的溶剂出口碱质量分数仅8.2μg/g。实际过程中溶剂和碱液在分层较好的情况下,碱分离罐剂碱出口碱质量分数不到1%,使出装置的溶剂汽油指标达到预期要求。     

岛津XRF-1800X荧光光谱分析仪真空系统的故障处理及维护

根据设备结构原理,结合实际工作经验,对岛津XRF-1800 X荧光光谱分析仪不同状态真空泄漏故障的原因进行了分析和探讨,并归纳出排查此类故障的方法。