2014年中国高性能计算机发展现状分析
摘要：根据2014年11月的中国高性能计算机性能TOP100排行榜的数据,对国内高性能计算机的发展现状从总体性能、制造商、行业领域等方面进行了讨论分析,同时对未来发展进行了展望。计算生物学中的高性能计算（Ⅰ）—分子动力学
摘要：分子动力学是高性能计算应用的重要领域,大量的高性能计算资源或机时被用于分子动力学模拟。描述了分子动力学的计算方法和特点,包括常用并行算法、性能改进方式等,介绍了常用的分子动力学大规模并行计算软件及其功能特性,最后展望了分子动力学模拟的发展与挑战。面向海洋环境数值预报的支撑平台框架设计与实现
摘要：针对海洋环境数值预报多模式、多耦合、多结果、多吞吐、多用户的特性,提出了建设面向海洋环境数值预报支撑平台框架,并设计实现了面向多耦合的在线式耦合器（HYCPL）、面向多模式的模式库、参数化方法库和统计方法库（HYLIB）、面向多结果的检验评估工具（HYET）、面向多吞吐的数据并行访问和存储工具（HYI/O）、面向多用户的模式运行环境一键式安装包（HY1KEY）等功能,为海洋环境数值预报系统提供了有效适用的支撑平台。基于变化的服务演化一致性判定
摘要：由于Web服务处在开放、动态、多变的网络环境下,为了有效响应用户需求、运行平台及外部环境的变化,服务必须具备演化的能力。演化后的服务应维持与原伙伴服务或服务用户之间的正常交互,这种性质称为演化一致性。由于Web环境的多样性,服务开发者对演化一致性的判定的标准并不统一。对于服务演化一致性判定问题,现有方法大多基于固定的判定标准,缺乏可调节、细粒度的定量分析且不能显式地反映服务版本之间的变化。针对上述不足,面向服务演化导致的变化,从服务的结构层和非功能层两个角度建立基于变化的服务描述模型,并在该模型的基础上引入演化一致度对演化一致性进行度量。基于所提出的方法,设计并实现了一个服务演化一致性判定工具,验证了所提出方法的可行性与有效性。面向FT1000微处理器的STREAM并行计算与优化
摘要：STREAM是微处理器上内存性能的基准测试程序,在多核多线程FT1000微处理器上发挥高性能是具有挑战性的研究工作。基于多级Cache结构,优化STREAM四个程序的指令流水线,根据寄存器数,设计了多级循环展开方法,根据指令延迟和Cache行的大小确定数据预取的数目,使用汇编语言编写了优化子程序。基于OpenMP并行环境,设计了STREAM并行程序,优化了局部化数据分配方式。数据测试结果表明,优化后的STREAM的性能比原始串行程序性能提高了19.2%-64.2%。优化后,并行程序的最高访存性能达到8.5GB/s,对比优化前的最高访存性能最大提高了22.7%。胖树的网络演算模型
摘要：网络演算近年来已成为网络领域重要的性能分析工具之一,但是,传统的网络演算主要关注网络的QoS性质,通过计算数据流的最大数据积压、最大端到端延迟、服务曲线等来分析网络的性能。在高性能计算系统中,则主要关心网络系统的吞吐率、通信延迟以及网络的饱和参数等,传统的网络演算理论无法有效计算这些参数。将网络演算与排队论结合,定义和推导了网络演算下的通信延迟和吞吐率,构造了一套适合高性能网络分析的网络演算分析方法。基于设计的方法,通过对胖树网络下均匀流量模式的分析,表明本文所设计的方法能够有效分析高性能网络的通信延迟、吞吐率等参数,并能有效捕捉网络的饱和状态,与模拟器的对比结果也表明本文模型能够基本吻合仿真结果。差分对内偏斜对25 Gbps背板信号完整性的影响分析
摘要：数字系统设计和信号完整性工程师面对25Gbps信号传输挑战时,必须重视差分对内偏斜这个关键问题。先介绍差分对内偏斜产生的原因,然后从时域、频域分析了差分对内偏斜对25Gbps背板信号完整性的影响,通过基于测试的通道仿真估算25Gbps信号传输的差分对内偏斜容限;最后,提出了减少差分对内偏斜的工程处理方法。基于排队网络的多优先级MapReduce作业调度算法
摘要：MapReduce是一个能够对大规模数据进行分布式处理的框架,目前被各个领域广泛应用。在提供MapReduce服务的集群中,如何保证不同优先级用户的截止时间限定是MapReduce作业调度问题的一个挑战。针对这一问题,提出了一个基于排队网络的多优先级作业调度算法（MPSA）。首先分析和归纳了基于MapReduce模型的算法,提出了三种常见模式,采用Jackson排队网络对基于MapReduce模型的算法建立了数学模型,应用该网络模型可以求出不同优先级队列对资源的需求;随后使用AR（1）模型进行预测,使算法可以动态地适应不同的用户访问量;利用二分查找算法,分步计算出不同优先级在map阶段和reduce阶段分配的槽位数;最后实现了在MapReduce模型中应用的实时调度算法。实验结果表明,与传统的FIFO和公平调度算法相比,本文提出的算法在用户到达率和任务规模变化的情况下,可以更加有效地满足不同优先级用户的截止时间限定。云存储系统中基于分簇的数据复制策略
摘要：云存储技术已经成为当前互联网中共享存储和数据服务的基础技术,云存储系统普遍利用数据复制来提高数据可用性,增强系统容错能力和改善系统性能。提出了一种云存储系统中基于分簇的数据复制策略,该策略包括产生数据复制的时机判断、复制副本数量的决定以及如何放置复制所产生的数据副本。在放置数据副本时,设计了一种基于分簇的负载均衡副本放置方法。相关的仿真实验表明,提出的基于分簇的负载均衡副本放置方法是可行的,并且具有良好的性能。一种基于QoS参数归约的云计算环境能效评估方法
摘要：高性能、低功耗且具有QoS保障的高能效问题是云计算领域的一个研究难点。目前的研究主要是通过限定一个约束条件寻求另外指标的最优来实现三者之间的折衷或均衡,缺乏一种有效的能效计算方法和评估模型将三者整合,以更好地描述云环境能效的＂程度＂。提出一种云环境下QoS参数的归约方法和加权的能效模型,把系统性能作为一个关键因素引入QoS,并将离散的多个QoS参数度量值归约到同一个量纲区域内,获得评价权重矩阵,求得用户最终的QoS评价值,以单位能耗所提供的整体QoS水平值作为能效值,并且建立云数据中心的能效分级标识,最终将云环境下能效值刻画为一个定性的概念,实现了对云环境下能效的定性评估。此外,分别对单机环境和同构、异构的云计算环境中云数据中心的能效进行了评估分析,并进行了实验验证。实验结果表明,所提出的能效模型和评估方法在评价云系统的QoS水平和能源消耗方面是有效的。主从结构交换式以太网中实时消息调度研究
摘要：为使交换式以太网能满足实时通信的要求,针对FTT-SE网络调度模型,提出了一种同时适用于周期性和非周期性实时消息的链路可调度性判定方法。在证明了消息链路调度优化问题MLSOP为NP-complete的同时,针对周期性实时消息的链路调度优化给出了启发式算法LSHA。最后,对于周期性和非周期性实时消息分别设计了基于EDF的调度算法。仿真实验表明,在提高网络链路带宽利用率和减小消息平均延时方面,该算法均较FTT-SE有明显的优势。高性能计算专栏约稿
摘要：一、刊物简介《计算机工程与科学》是由国防科技大学计算机学院主办的中国计算机学会会刊,是国内外公开发行的计算机类综合性学术刊物。本刊已先后被列为中文核心期刊、中国科技信息研究所中国科技论文统计分析源期刊（中国科技核心期刊）、中国科学引文数据库来源期刊（CSCD核心期刊）、中国学术期刊（光盘版）全文入编期刊、中国期刊网全文入编期刊、中国学术期刊综合评价数据库来源期刊。基于GPU的空谱联合核稀疏表示高光谱分类并行优化
摘要：高光谱图像分类是遥感信息处理领域的热点问题,在核稀疏表示分类框架下,联合光谱信息和像元空间信息,空谱联合核稀疏表示高光谱图像分类能够取得较好的分类效果,但较高的计算复杂度及高光谱图像较大的数据量限制了其在实时性要求较高情况下的应用。基于GPU/CUDA架构,提出了一种空谱联合核稀疏表示高光谱分类的并行优化方法,设计访存优化策略对主机和设备端数据交互进行优化;充分利用GPU并行计算能力,加速分类过程中核矩阵的计算;采用依据GPU并行特性实现的矩阵运算,优化基于交替方向乘子法的分类模型求解过程。利用实际高光谱图像数据进行的实验,验证了该方法的有效性和高效性。3D SRAM中的TSV开路故障模型研究
摘要：基于3D-IC技术的3DSRAM,由于硅通孔TSV制造工艺尚未成熟,使得TSV容易出现开路故障。而现有的TSV测试方式均需要通过特定的电路来实现,增加了额外的面积开销。通过对2D Memory BIST的研究,针对3DSRAM中的TSV全开路故障进行建模,根据TSV之间的耦合效应进行广泛的模拟研究,分析并验证在读写操作下由于TSV的开路故障对SRAM存储单元里所存值的影响,将TSV开路故障所引起的物理故障映射为SRAM的功能故障。该故障模型可以在不增加额外测试电路的情况下,为有效测试和解决这种TSV开路故障提供基础。考虑硅衬底效应的基于TSV的3D-IC电源分配网络建模
摘要：基于硅通孔TSV的3D-IC在电源分配网络PDN中引入了新的结构——TSV,另外,3D堆叠使得硅衬底效应成为不可忽略的因素,因此为3D-IC建立PDN模型必须要考虑TSV以及硅衬底效应。为基于TSV的3D-IC建立了一个考虑硅衬底效应的3DPDN模型,该模型由P/G TSV对模型和片上PDN模型组成。P/G TSV对模型是在已有模型基础上,引入bump和接触孔的RLGC集总模型而建立的,该模型可以更好地体现P/G TSV对的电学特性;片上PDN模型则是基于Pak J S提出的模型,通过共形映射法将硅衬底效应引入单元模块模型而建立的,该模型可以有效地反映硅衬底对PDN电学特性的影响。经实验表明,建立的3DPDN模型可以有效、快速地估算3D-IC PDN阻抗。社交网络中一种快速精确的节点影响力排序算法
摘要：在大规模在线社交网络中,通过对用户影响力进行排序找出其中最具影响力的节点（集合）是一个很重要的研究方向,对于有效控制信息扩散、舆情分析和控制、精准营销等均有重要的作用。已有的节点影响力排序算法或者需要网络的全局拓扑信息来计算单个节点影响力（如基于介数中心性的算法）而时间开销过大,不适用于大规模网络;或者基于传统的网页排序算法（如PageRank）而不能很好地处理社交网络中存在着大量＂末梢＂节点的问题以及不同用户之间的联系强度不同的问题。在传统的PageRank算法的基础上做出了两点改进。首先,通过在PageRank算法的权值回收步骤中考虑对不同的连接赋予不同的权值,有效避免了末梢节点带来的影响。其次,在PageRank算法的投票过程中考虑邻居个体的差异性,提出了一种基于半邻域信息的节点权值分配方法,有效提高了节点排序的准确度。在一个包含大约15 000个用户的样本网络中,我们所提出的改进算法能够找出前1 000个最有影响力的节点中的40%以上的节点,而传统的PageRank算法仅能找出其中11%的节点。同时,相比于基于介数中心性的算法,所提出的改进算法以小得多的时间开销达到了相近甚至更好的排序准确度。面向门级网表的VLSI三模冗余加固设计
摘要：航天器在宇宙空间易受粒子的影响而产生错误,三模冗余技术是一种有效的容错机制。但是,现有的三模冗余加固设计一般是一款芯片定制一套加固方案,无法做到通用性。提出一种功能无关的VLSI门级网表三模冗余加固通用设计方案。通过对时序器件和组合逻辑器件进行不同的加固设计,实现三模冗余。根据对不同的工艺库的识别与理解,本方案还进行了驱动能力优化等。通过将上述方案工具化,并利用已有的众核处理器网表进行实验评估,全局时序器件加固面积增加为原始网表面积的185%,局部时序器件加固面积增加为原网表的1%-80%,加固方案可按设计需求配置。实验数据表明,加固后的网表中关键路径的平均时延增加为22.15%-22.86%,在设计需求配置下,性能可满足用户要求。一种面向无源RFID电子标签的电流灵敏放大器设计
摘要：提出了一种适用于无源射频识别RFID电子标签中多次可编程MTP非易失性存储器NVM的新型电流灵敏放大器结构。该电路在不增加面积的情况下具有低功耗、高速度、高可靠性和高灵敏度的优越性能。基于GSMC 0.13μm-CMOS工艺下的仿真结果表明,新型灵敏放大器在-40℃-80℃的环境下具有很高的读取速度,且能够工作在低电压（0.8V）下。在1.2V工作电压、27℃室温下电路的读出延时是10.5ns,平均功耗为6.1μW@25MHz,分辨率可达到33nA。
