多核数字信号处理卷积算法并行优化

针对国防科技大学自主研发的异构多核数字信号处理(digital signal processing,DSP)芯片的特征以及卷积算法自身特点,提出了一种面向多核DSP架构的高性能多核并行卷积实现方案.针对1×1 卷积提出了特征图级多核并行方案;针对卷积核大于1 的卷积提出了窗口级多核并行优化设计,同时提出了逐元素向量化计算的核内并行优化实现.实验结果表明,所提并行优化方法实现单核计算效率最高能达到64.95%,在带宽受限情况下,多核并行扩展效率可达到48.36%～88.52%,在典型网络ResNet50 上的执行性能与E5-2640 CPU相比,获得了5.39 倍性能加速.     

多核环境下负载均衡的并行离散事件全局调度机制

分析了多核环境下传统的离散事件时间弯曲并行系统的性能,针对其事件调度开销小和负载均衡能力强难以兼得的问题,提出了一种基于分布式队列的全局调度机制,设计了相应的数据结构和调度算法,大大减少了锁开销.通过大量实验对多核环境下几种典型离散事件系统并行策略的性能分析表明,本文提出的全局调度策略不仅事件调度开销小,而且回滚率大大降低,有效克服了传统策略回滚量较大或难以实现动态负载平衡的情况,并具备良好的可扩展性.     

神经计算机并行模拟结构

神经网络实现技术是神经网络研究的一个极重要的领域。本文首先分析了神经网络模拟对并行计算机系统的要求,认为影响神经网络计算机速度和容量提高的主要因素是单个处理单元的速度、单个处理单元的局部存储器的容量以及互连网络的通信带宽。要提高模拟神经计算机的速度和容量,就要有相应的并行结构来支持。在定量的需求分析的基础上,本文还提出了一种模拟神经计算机的并行结构。     

软件集群路由器体系结构的研究

分析了集群路由器的研究现状,而后提出了软件集群路由器的两个参考模型:SCR-RM(software-based cluster router reference model)和PCR-RM(parallel cluster routing reference model),给出两个参考模型的具体描述。这两个参考模型将为集群路由器的后续研究提供参照系统、实验系统和IP流处理场景。     

三个并行排序算法的可扩充性分析

可扩充性分析是评价并行算法或并行系统性能的重要工作,特别是在大规模并行处理环境下更是如此。本文利用新近提出的扩张串行分量分析技术,研究了三个并行排序算法的可扩充性,以及这些算法在超立方体结构上的实现的可扩充性。给出了使三种算法都为可扩充的条件,解释了每个算法的适用范围。展示了算法的实质性质,计算了它们的扩张串行分量、扩张效率以及扩张加速比。本文的解析分析结果与其它文献中的实验结果一致。     

一种面向多核处理器的高效并行PCA-SIFT算法

提出一种面向多核处理器的并行PCA-SIFT算法,采用数据级并行方法实现并行的特征提取和特征点匹配,将计算任务分配到各个DSP核并行处理,充分开发多核处理器的多级并行性.实验结果表明,并行PCA-SIFT算法对各种不同图像形变的图像具有良好的适应性,具有接近串行PCA-SIFT算法的图像匹配能力,平均加速比达3.12.     

基于多层循环并行化的负载平衡优化

负载平衡是并行处理中的一个重要概念。参与一个程序执行的各处理机所承担的工作量是否均衡直接影响该程序的并行性能。本文对面向MPP系统程序循环级并行化中负载平衡的优化进行了探讨,提出了优化策略及其实施算法。     

基于关键路径和任务复制的多核调度算法

针对目前大多数多核处理器任务分配优化算法没有考虑关键路径上节点对任务完成时间的重要影响,导致任务完成总时间延迟的问题,提出了基于关键路径和任务复制(CPTD)的单任务调度算法。CPTD算法通过复制任务图中fork节点的方式将任务图转化为与之相对应的产品加工树;再在生成的产品加工树中找到关键路径,并采取使关键路径上节点的紧前节点尽早调度的方式,使关键路径上节点尽早开始执行,进而使产品加工树中节点完成时间得以提前,达到缩短任务执行总时间的目的。理论分析表明,CPTD算法能够实现应用程序在多核上充分并行处理,并能缩短任务完成时间。     

面向大规模集群的并行I/O用户层配置优化策略

影响应用I/O性能的关键因素主要有三个层次:包括应用的I/O接口实现、体系结构和文件系统组件的性能以及应用的I/O参数配置。从应用I/O配置优化的视角,分析了大规模集群并行I/O的配置调优空间,在此基础上,给出了一套大规模集群并行I/O性能特征测试分析方法。基于该方法,在某国产超级计算集群上开展了一系列I/O测试分析来刻画系统的I/O性能特征,进而指导并行应用程序的I/O配置优化。基于优化后的配置参数,在两类典型的并行I/O场景中,针对某类生产应用程序,8192进程下的重启动数据写操作时间下降了15%,4096核的程序作业加载时间从10 min缩短到了5 s。     

面向大规模集群并行I/O的用户层配置优化策略研究

近年来,大规模并行场景下的I/O性能越来越受到应用科学家的关注。影响应用I/O性能的关键因素主要有三个层次：包括应用的I/O接口实现、体系结构和文件系统组件的性能以及应用的I/O参数配置。本文从应用I/O配置优化的视角,分析了大规模集群并行I/O的配置调优空间,在此基础上,给出了一套大规模集群并行I/O性能特征测试分析方法,基于该方法,在某国产超级计算集群上开展了一系列I/O测试分析来刻画系统的I/O性能特征,进而指导并行应用程序的I/O配置优化。基于优化后的配置参数,在两类典型的并行I/O场景中,针对某类生产应用程序,8192进程下的重启动数据写操作时间下降了15%,4096核的程序作业加载时间从10分钟缩短到了5s。本文提出的I/O配置调优空间及优化方法,可以推广应用到其它同类系统平台,对于大规模集群上的用户层并行I/O配置调优具有借鉴意义。     

一种基于多核并行计算的目标分配算法设计

随着计算机多核处理器的高速发展,多核并行计算在各领域发展研究的重要性已逐渐突显,分析了当前典型的并行编程模型,在PCAM设计过程的基础上提出了多核并行算法的设计过程,运用OpenMP编程模型完成了一种目标分配算法的多核并行化设计,通过实验及性能分析,验证了并行目标分配算法相较于传统串行算法在计算效率上的优势。     

多载波码分多址在低密度二分图上的建模与分析

多载波码分多址是移动通信重要的多址技术之一,传统方法将扩频序列的构造和多用户检测单独考虑,未能做到发射机和接收机的一体化设计。受到低密度奇偶校验码的启发,基于图论建立多载波码分多址收发机模型,采用二分图定义码片和数据符号间的扩频关系。在此基础上,利用适合低密度二分图的消息传递算法完成多用户迭代检测,推导并分析洪水消息传递和串行消息传递两种检测机制。仿真结果表明,当传统的多载波码分多址系统陷入严重过载而不能正常通信的情况下,基于低密度二分图的多载波码分多址系统依然能够达到理想的传输性能,为下一代移动通信系统的设计提供了有益的参考。     

工作站网络并行计算的性能分析

本文介绍了异构工作站网络环境下一种新的并行计算性能评价标准。应用该标准分析了在四台异构的ＳＧＩ工作站上浅水波方程并行计算的性能     

装备寿命预测的平行仿真模型在线演化方法

在面向装备剩余寿命预测的平行仿真技术研究基础上,统一了不同退化状态下的状态方程,提出了预测模型形态库的构建方法和预测模型形态选择算法,设计了“模型形态库构建—模型选择—数据同化—模型演化”的模型在线演化工作流程,运用扩展卡尔曼滤波和极大似然估计算法,实现了面向装备剩余寿命预测的平行仿真模型在线动态演化。通过仿真实验验证了模型形态选择算法和模型在线演化工作流程的有效性,取得了较好的仿真效果。     

蛋白质相互作用网络的几种聚类方法综述

蛋白质相互作用网络是后基因组时代系统生物学研究的重要内容.针对蛋白质相互作用网络中的聚类问题,介绍了几种代表性的聚类分析方法,初步分析了这些方法的特点,指出了当前研究工作的困难与挑战,并对今后的研究方向作了展望.     

多核数字信号处理器并行矩阵转置算法优化

矩阵转置是矩阵运算的基本操作,广泛应用于信号处理、科学计算以及深度学习等各种领域。随着国防科技大学自主研制的飞腾异构多核数字信号处理器(digital signal processor, DSP)在各种领域中的推广应用,对高性能矩阵转置实现提出了强烈需求。针对飞腾异构多核DSP的体系结构特征与矩阵转置操作的特点,提出了一种适配不同数据位宽(8 B、4 B以及2 B)矩阵的并行矩阵转置算法ftmMT。该算法基于DSP中向量处理单元的Load/Store部件实现了向量化,同时基于矩阵分块实现了多个DSP核的并行处理,通过隐式乒乓设计实现了片上向量化转置与片外访存的重叠以及访存性能的大幅提升。实验结果表明,ftmMT能够显著加快矩阵转置操作,与CPU上的开源转置库HPTT相比,可获得高达8.99倍的性能加速。     

不同磁浮列车外形的气动性能比较

上海磁浮列车由于流线型车头较短,气动性能并不理想,根据国内厂家给定的列车横断面尺寸和对气动性能的要求,对国产磁浮列车气动外形进行多方案设计,通过求解三维可压N-S方程和k-ε双方程湍流模型,对提出的磁浮列车各种外形方案的气动性能进行数值模拟计算,并根据计算结果进一步改进气动外形,如此反复,直至得出气动性能和外观最优的磁浮列车外形。在最终选定的三种设计方案中,方案3由于水平投影轮廓线较窄、最大纵剖面轮廓线曲率较小,其整车空气阻力和列车交会压力波都较其它两种方案要小,因此为最佳的气动外形方案。通过比较分析,此次选用的国产磁浮列车外形,列车以430km/h运行时三节车总的空气阻力为33.84kN,而上海磁浮列车为54.07kN;国产磁浮列车最大列车交会压力波幅值为2913Pa,而在同等条件下上海磁浮列车为3827Pa,其气动性能明显优于上海磁浮列车。     

战场态势预测技术研究

战场态势预测在作战辅助决策中占据重要地位,能够为指挥员提供准确且可靠的决策依据,是增强作战效能的重要手段。从战场态势预测的基本概念入手,阐述了其内涵、要素体系及其复杂性;总结了战场态势预测领域的4类方法手段,分析了其局限性和优缺点;介绍了美军态势预测领域的两个典型应用;提出了大数据技术、生成式人工智能以及预测结果的可解释性在战场态势预测领域广阔的应用前景。