图形处理器上的快速傅里叶变换

随着图形处理器(GPU)性能的突飞猛进,以及GPU可编程特性的发展,人们开始将GPU应用到通用计算领域(GPGPU)。目前国内在这方面的研究还相对较少。使用改进的按频率划分(DIF)算法,结合相关研究的新进展,在GPU上实现了快速傅里叶变换(FFT),讨论和分析GPU在GPGPU中的应用技巧和技术原理,比较GPU与CPU在GPGPU设计中的差异以及性能表现。对GPGPU设计具有指导作用。     

基于HERMES NoC的片上网络容错方法研究

为解决片上网络的可靠性问题,以HERMES NoC(Network-on-Chip)为基础,首先设计了具有容错功能的HERMES交换器;同时提出了基于HERMES的端到端、交换到交换的前向纠错(FEC)和检错重发(ARQ)的容错机制。最后对采用Ham-ming、DAP、BSC三种码的容错机制进行了仿真综合,比较了六种容错机制的面积、延迟和功耗开销。结果显示面积节省型比低延迟交换到交换和端到端更节省开销,DAP码面积和功耗开销最小,但重传却具有更好的容错性能。     

基于CUDA的JPEG压缩算法优化

随着图形处理器（GPU）的处理能力的不断增强,图形处理器越来越多地被应用于计算密集型的数据运算处理中。JPEG图像压缩算法中的部分步骤存在典型的并行特性,针对大分辨率图像JPEG压缩串行顺序执行时间开销较大的问题,利用CUDA的并行计算和图形硬件的可编程性,可实现对JPEG图像压缩的加速,同时结合GPGPU硬件结构可实现JPEG压缩程序程序的优化设计。通过程序测试实验,与串行程序比较加速比在20以上。     

基于GPU并行计算的石油数据管理系统研究

本文设计了基于GPU设计石油数据管理系统,GPU架构可以有效的进行多线程运算,将程序并行化,极大地提高程序运行的效率,同时能够有效支撑不同应用场景下对海量数据并行计算及管理的需求。     

基于OpenStack的GPU调度方案的设计与实现

针对GPU在云端利用效率低下和不可靠的问题,文中提出在云端虚拟化GPU的思路,并设计了一种新型可靠的GPU虚拟化方案。该方案使用OpenStack搭建具有IaaS的云平台,通过透传技术在云端虚拟化GPU创建独占GPU设备的虚拟机,同时在控制节点、GPU虚拟机以及用户虚拟机上运行C/S架构的调度程序。云端通过对GPU工作状态和用户请求实现了GPU负载均衡。实验结果表明,该调度方案能够有效地提高GPU在云端的利用率以及稳定性,并且能够为用户提供完整的GPU性能。     

一种故障通道隔离的低开销容错路由器设计

片上网络中路由器发生故障势必会影响整个网络的性能,过大的容错开销也会给网络带来很大的负担.对此,本文提出了一种故障通道隔离的低开销容错路由器架构,该路由器通过减少不必要的交叉开关及合理优化各个端口VC的数目来减小路由器整体开销,同时增加一个冗余通道来达到对路由器容错的目的.当路由器中某个通道发生故障时,通道隔离检测方法使路由器能够在检测故障类型的同时进行数据传输,带回收指针的重传buffer将会进一步减少整个容错结构的开销.实验结果表明在无故障情况下本文设计的路由器较传统路由器平均延时降低45%左右,最大吞吐率提高28%左右,面积开销仅仅增加了18.24%.在故障存在的情况下,本文方案也显现出很大的优越性,能够达到很好的容错效果.     

容错的并行多重网格算法

高性能计算机上并行程序用到的结点越来越多,而在程序运行期间中发生结点失效的概率也随之增大.对于计算时间很长的程序,容忍结点失效的容错能力显得尤为重要.并行多重网格算法(MG)被广泛用于求解大型工程和物理问题中的偏微分方程组的数值解.为了实现MG算法的容错能力,提出了一种基于容错MPI的容错并行多重网格算法FT-MG.实验结果表明:FT-MG算法在引入少许开销的条件下实现了MG算法的容错能力.     

机载分布式文件系统的设计

基于SCARLETT参考模型提出一种机载分布式容错文件管理方案,解决了总体结构、访问流程、文件逻辑名、容错管理设计、系统监控管理设计以及端口资源开销分析等问题.通过原型仿真验证了方案的可行性.     

纳米级低开销SEU免疫型XC Domino动态门

在纳米级工艺条件下,高速运算单元核心部件XC Domino动态门面临严重的软错误问题.本文提出一种适用SEU类软错误容错设计的免疫型XC Domino动态门,此免疫型动态门借鉴了锁存器单元稳定结构,对于动态门的输出端实施P-type扩散区隔离以完成SEU的防护.通过Spectre电路仿真,验证了SEU免疫型动态门能够实现对于高达2倍Vdd振幅电压脉冲干扰的SEU类软错误容错；另外,与传统XC Domino动态门容错设计方案相比,免疫型动态门能够降低13.64％的门延时,并能在减少47.37％面积开销的同时降低75.54％功耗开销.     

一种针对栅栏同步的GPGPU微架构优化设计

为了降低通用图形处理器（GPGPU）中栅栏同步开销对程序性能产生的不良影响，提出了一种GPGPU微架构优化设计。该设计在线程束调度模块中，根据栅栏同步开销决定各线程束的调度顺序，确保高栅栏同步开销的线程束能够优先调度执行。在一级数据缓存模块中，结合数据缓存缺失率与栅栏同步状态来共同决定各访存请求是否需要执行旁路操作，由此在不损害数据局域性开发的前提下，降低数据缓存阻塞周期对栅栏同步产生的影响。两种子模块优化设计均能够降低栅栏同步开销。实验结果表明，相比基准GPGPU架构与当前现有的栅栏同步优化策略，本设计在栅栏同步密集类程序中分别带来了4.15%、4.13%与2.62%的每周期指令数提升，证明了优化设计的有效性与实用性。     

基于智能容错技术的雷达软件可靠性研究

为保障雷达能够在对敌作战中持久稳定地工作,必须提高雷达嵌入式数据处理软件的可靠性,加强软件系统的容错能力。通过对软件可靠性技术领域的深入研究,文中在软件避错阶段针对软件架构设计以及软件开发过程方面提出一系列方法;同时在软件容错阶段利用故障检测、故障恢复及故障隔离等关键技术设计出智能监控软件方案,并对其软件结构和容错处理流程进行详细阐述。采用上述可靠性措施可以保障系统健壮稳定地运行。     

面向异构并行计算系统的流水线式压缩检查点

在大规模并行计算系统中,并行检查点触发大量结点同时保存计算状态,造成巨大文件存储空间开销,以及对通信和存储系统的巨大访问压力.数据压缩可以缩小检查点文件尺寸,从而降低存储空间开销以及对通信和存储系统的访问压力.但是,它也带来额外的压缩计算开销.本文针对异构并行计算系统,提出流水线式并行压缩检查点技术,采用一系列优化技术来降低压缩引入的计算延时,包括:流水线式双重写缓存队列、文件写操作的合并、GPU加速的流水压缩算法和GPU资源的多进程调度,等等.本文介绍了该技术在天河一号系统中的实现,并对所实现的检查点系统进行综合评测.实验数据表明该方法在大规模异构并行计算系统中是可行、高效、实用的.     

一种改进的应用于无线传感器网络的拜占庭容错方案

研究了传统拜占庭容错方案并针对无线传感器网络的特定环境加以改进,减少了传统方案中网络节点间消息交换轮数,提高了效率并降低了通信开销和能量消耗,仿真结果表明:设计的方案在使所有正常网络节点达成一致的同时,其使用的消息交换轮数与传统拜占庭方案相比有显著的下降.     

多线程Web应用中Web Worker池的管理方案与性能研究

提出一种Web Worker池动态管理方案,本方案使开发者无需在程序运行之前确定最优的Web Worker运行数量,而是使程序在运行时自动调整Web Worker数量,从而保证程序的最优性能.该方案解决了运行多线程Web应用时需要提前获知运行环境信息的缺点,同时也解决运行时环境不确定性带来的问题.     

用于低开销容错设计的存储部件可靠性评估研究

低开销容错技术是当前软错误研究领域的热点。为了对微处理器进行低开销容错保护,首先就需要对微处理器可靠性(即体系结构弱点因子AVF (Architectural Vulnerability Factor))进行准确评估。然而,现有的AVF评估工具的精确性和适用范围都受到不同程度的限制。该文以微处理器上的核心部件(即存储部件)作为研究对象,对AVF评估方法进行改进,提出了一种访存操作分析和指令分析相结合的AVF评估策略HAES (Hybrid AVF Evaluation Strategy)。该文将HAES融入到通用的模拟器中,实现了更精确和更通用的AVF评估框架。实验结果表明相比其它AVF评估工具,利用该文提出的评估框架得到的AVF平均降低22.6%。基于该评估框架计算得到的AVF更加精确地反映了不同应用程序运行时存储部件的可靠性,对设计人员对微处理器进行低开销的容错设计具有重要指导意义。     

软硬件协同设计的SEU故障注入技术研究

针对现有容错计算机故障注入方法缺乏对空间环境中频发的单粒子故障模型的支持,本文提出了一种利用背板技术的软硬件协同仿真与故障注入技术,分别针对寄存器部件和存储器部件的特性,设计了多位错误的单粒子故障模型,在寄存器传输级实现了通过软件生成故障并注入到硬件设计中的软硬件协同故障注入方案,避免了在硬件设计中修改代码生成故障破坏系统完整性的问题.基于Leon2内核的故障注入实验表明,本文设计的平台为处理器容错设计提供了一个自动化、非侵入、低开销的故障注入和可靠性评估方案.     

可重构硬件芯片级故障定位与自主修复方法

 外部集中控制的可重构硬件容错系统,其重构控制算法复杂、重构时间开销大,且存在单点失效问题.本文研究芯片级分布式在线自主容错技术,提出了能够实现芯片级自修复的新型可重构硬件细胞阵列结构,阐述了互连资源的在线故障定位和自主修复方法.设计了功能细胞电路和容错开关块电路,采用分段定位法检测互连资源中多路器故障和连线开路故障,通过重配置布线和线移位操作分别实现多路器与连线故障自修复.以4位串并乘法器电路为例进行实验验证,分析了容错设计的硬件开销与时间开销,实验结果表明新方案的容错时间短、资源利用率高.     

通信仿真中CUDA加速技术试验环境初探

随着通信仿真平台运算规模和复杂度的提升,以CUDA为代表的GPU加速技术成为缩短仿真时间、降低仿真设备购置及运行开销的有效手段。本文梳理了支持CUDA技术的GPU设备核心演进脉络,介绍了不同系列GPU产品的技术特点及应用领域,并以此为基础提出了一种研究CUDA加速仿真技术的试验环境。该环境以低端计算机、消费级GPU和千兆网络设备组建开发环境,以高端服务器、专业GPU运算卡和光纤路由器组建运行环境。这种试验环境搭建方案有利于实现性能与价格的平衡,并能较好跟进未来GPU软硬件技术的持续演进。     

容错服务器在有线数字电视节目中心播控平台的应用研究

数字电视节目中心播控系统的可靠性和安全性是整个有线电视系统稳定运行的重要保证,而作为其核心的视频服务器的运行性能已成为影响有线电视系统安全的关键因素之一。本文针对传统的双机热备方案在可靠性上的不足,对容错服务器方案作了全面的技术分析与对比,并提出了基于容错服务器技术的连续可靠运行的服务系统方案。其应用效果表明,容错服务器的快速反应能力、高容灾备份的特性,能为有线数字电视节目中心不间断的安全稳定运行提供有效保障。     

WiNoC中EF-ACK容错无线接口设计

无线片上网络中的无线信道面临着严重的可靠性挑战,无线路由器的容错设计对整个片上网络的传输效率有着较大的影响.本文提出一种EF-ACK容错无线接口设计,将多条确认信息配置在一个数据包内,通过无线信道传递确认信息数据包;在无线接口处设立重传数据缓冲区,以更高效的方式确认数据以及控制错误数据包的重传;另外,提出了基于网络状态的编解码控制,在网络情况较差时用BCH编码的方式提高数据的鲁棒性.实验表明,本文方案使用了较小的额外面积和功耗开销,高效地完成了对于数据的无线确认反馈,且在错误率较高时,可以保证网络中较低的网络延迟和较高的饱和吞吐量,大大提高了网络的性能.