FT-SIMD:一种高性能乘法器的设计

为了提高多媒体数据的处理能力,高性能DSP普遍引入了SIMD技术。作为DSP重要组成部分的乘法器也必须具备这一功能。本文对SIMD乘法器的实现进行深入研究,提出了一种新的SIMD乘法器体系结构,采用两个16×8乘法器,通过对其操作数和结果进行符号扩展和拼接等处理,简单而高效地实现了16位FT-SIMD乘法器。同时,本体系结构可以扩展为32位和64位的SIMD乘法器。     

GCC编译器中间代码层控制流扩充研究

本文首先对CFCSS(控制流检错算法)进行了介绍,对GCC编译器的运行流程进行了简要分析,再次给出了在GCC编译器中扩充CFCSS算法的具体方法,最后通过故障注入实验对扩充后的GCC进行了有效性验证。实验表明,扩充了CFCSS算法的GCC编译器所编译的程序在运行过程中具有控制流检错能力。这为我们下一步的故障定位和故障恢复提供了有力的支持,为解决星载计算机的运行故障奠定了基础。     

一个高性能Key/Value数据库XDB的设计与实现

传统SQL数据库在管理大数据、性能和扩展性等方面的不足使得其不能胜任如大规模数据挖掘、商务智能及社交网络等应用场景,而NoSQL数据库由于其在上述应用领域优良的特性近年来得到很快发展。本文在分析现有开源NoSQL数据库产品Kyoto Cabinet和Tair的不足基础上,设计并实现了一个高性能的Key/Value数据库XDB。XDB分段流水并发处理Key/Value请求,并采用一致性算法保证在并发环境中对Key/Value记录读写的相关性,在随机写入和顺序写入实验中,相比于Kyoto Cabinet,XDB的性能分别提高6倍和15倍。     

极大规模并行计算系统趋势分析

高性能计算技术以加速度迅猛发展,继千万亿次系统研制成功以后,超级计算机的性能又快速提升至数万万亿次,国际学术界与工业界普遍预期在2018年左右将出现极大规模并行的百万万亿次系统(Exascale Computing,简称E级系统)。本文从最新一届TOP500榜单入手分析了超级计算领域的技术动态,在此基础上,探讨了未来E级系统的发展趋势及其所面临的能耗、可扩展、可靠性和可编程性等关键技术问题。     

无线传感器网络基于连通性的平面化算法

构建平面拓扑结构是无线传感器网络中一个重要的问题,它是设计许多高效网络协议的基础。传感器网络中许多重要的协议和应用都依赖于平面拓扑结构,比如著名的地理路由协议GPSR、GOAFR等。目前的平面化技术往往都需要网络中节点具有精确的位置测量信息。精确的位置或测距信息在资源受限的传感器网络中往往很难得到,因此基于位置的平面化技术的可应用性受到了很大的限制。设计有效的位置无关的平面化算法成为目前平面化技术研究面临的重要问题。本文提出了一种新的位置无关的分布式平面化算法。该方法仅基于网络的通讯连接关系信息,且运行复杂度低,便于分布式执行。本文通过证明确保所构建拓扑的平面性,并通过仿真实验验证了算法在随机生成网络中的有效性。     

基于不变式生成的循环停机性验证

循环的停机性验证是程序验证中的一个难点。程序不变式用来描述程序变量的取值关系,其中线性不变式可以帮助描述程序变量间的线性关系,循环不变式能够有效刻画循环中的变量关系。本文基于线性不变式和多项式循环不变式的生成,将循环的停机性验证转化为求解一个最优化问题,给出了一个实用的程序停机性验证框架。基于该框架可以自动地验证程序的停机性,并给出循环的复杂度上界。实验结果说明了该方法的实用性。     

车载自组网中一种支持群签名认证的分布式密钥管理方案

群签名具备良好的匿名认证特性,满足车载自组网信息安全和隐私保护需求。但是,其作废开销较大,不适于在大规模网络环境中应用。为此,本文提出了一种支持群签名认证的分布式密钥管理方案DKM,将车载自组网的覆盖区域划分为若干子区域,车辆周期性地从所在子区域的群管理机构更新群密钥。这样,作废某个成员只需要在其拥有合法密钥的子区域内通告,而不是整个网络,有利于降低作废开销。同时,DKM中的密钥更新机制能够保证车辆的群密钥的私密性,从而避免了车辆与区域群管理机构的授权争议,保持了数字签名的不可否认性。性能分析表明DKM能够显著缩短作废列表长度,同时没有增加认证开销。     

无线公交车载网络切换机制研究

为公交车乘客提供高质量的Internet服务可以让其在乘车过程中享受娱乐及工作,进而大大提高乘客的生活质量。基于此,本文针对公交车载网络的切换问题进行研究。首先提出一种改进的公交车载网络结构,进而提出一种基于数据传输速率的切换触发机制。该机制可以准确触发切换,减少切换开销,改进通信稳定性。针对公交站点存在多个访问点的切换场景,本文进一步提出一种合适的切换策略-M-Handoff。M-Handoff以负载均衡为目标进行访问点选择,同时可以保证各个已连接的公交车辆的平均吞吐率。仿真实验表明,与传统方法相比,以上机制可以较好地提高系统性能,能更好地适于公交车载通信。     

一种低功耗异步乘法器的研究与实现

同步电路由全局时钟信号周期性地驱动计算,而异步电路只在需要的时候才进行运算,因此异步电路具有天然的低功耗优势。当前的解同步异步电路设计方法仅根据同步电路的物理拓扑结构进行异步设计,而没有考虑同步电路的本身功能行为及所处理数据的特点。本文首先分析了物理拓扑结构、电路功能行为及处理数据对低功耗设计的影响,然后设计实现了一款低功耗异步乘法器。实验表明,实现的乘法器相对于传统解同步异步乘法器具有更低的功耗与更高的性能。     

基于CUDA编程模型的稀疏对角矩阵向量乘优化

稀疏矩阵向量乘是很多科学计算问题中的核心问题。本文针对稀疏对角矩阵,在DIA存储格式的基础上,设计了一种新型压缩存储格式CDIA,结合CUDA编程模型的特点,在计算线程上进行了细粒度的任务分配,同时为满足CUDA对存储器的合并访问要求,将压缩矩阵做了相应的转置处理,设计了细粒度算法与程序,并根据稀疏矩阵向量乘特点,做了相应的程序优化。实验数据显示,这种存储格式能够很好地发挥CUDA在数据处理方面的优势,在测试数据中,最高获得了单精度39.6Gflop/s和双精度19.6Gflop/s的浮点计算性能,性能在Nathan Bell和Michael Garland的基础上分别提高了7.6%和17.4%。