文件系统可靠管理方法研究

针对系统突发掉电情况下文件系统的可靠性问题,研究一种文件系统可靠管理方法,采用元数据事务管理技术,在数据更新时采用写时拷贝技术实现异地更新,采用PING PONG日志管理技术,对文件系统的空间和节点分配情况采用两级日志进行维护,系统维护两份事务点日志记录;通过逻辑卷管理关键数据的冗余存储,防止掉电时超级块数据被破坏引起系统无法正常启动。测试表明方法能够解决突发掉电情况下文件系统状态的一致性问题,实现文件系统的可靠管理。

一种基于相位误差校正技术的快速启动晶体振荡器

随着超低功耗(Ultra-Low Power,ULP)物联网(Internet of Things,IoT)系统的发展,采用能量注入技术的快速启动晶体振荡器因对IoT系统功耗影响巨大而逐渐成为研究热点.能量注入技术可以显著降低晶体振荡器的启动时间和启动能量,但是对注入源的精度要求苛刻.为了扩大注入频偏容限以及实现高注入效率,本文提出了一种基于延迟锁定环的相位误差校正技术.该技术将注入频偏容限扩大到2%,启动过程的非注入持续时间仅为4个周期,实现了高效注入.本文所述晶体振荡器采用40 nm CMOS工艺设计并流片.在1.0 V电源电压下采用24 MHz晶体进行测试,当注入频偏高达2%时,实现了7.2μs的启动时间,启动能量为5.1 nJ.相比同频偏下的传统注入方案,启动时间缩短了99.66%.

开放式道路停车位无人收费系统的研究与设计

目前,封闭式停车场有一套较为成熟的收费管理解决方案,不同于封闭式停车场或立体车库,现有开放式道路停车位基本采用人工方式管理,普遍存在工作效率较低、监管信息化程度较低、服务能力较低、运营成本高等问题,研究开放式道路停车位无人收费系统,旨在解决目前开放式道路停车位管理存在的问题,提升智慧停车管理能力,降低运营成本。

前言

进入数字经济时代,数据已成为新的核心生产要素,其重要战略资源地位日益凸显,数据潜能的有效激发取决于数据的存储与分析处理.随着先进计算以计算为核心逐步向以数据为中心的不断演进,高效安全存储和智能数据分析成为学术界和产业界广泛关注的焦点.

基于改进连续时间动态系统的模拟SAT求解器

针对布尔可满足性问题的高效求解进行了研究。首先,通过对k-SAT问题和基于耦合常微分方程形式的确定性连续时间动态系统的分析,提出了一种基于时延信息形式的改进连续时间动态系统方程,以保持集中搜索特性;然后,提出了实现该系统方程的三个主要组件即信号动态电路、辅助变量电路和数字验证电路的模拟设计。在信号动态电路的设计中,设计了一种获得更高性能、更小面积和更低功耗的模拟硬件形式;在提出的辅助变量电路和数字验证电路的模拟硬件设计中,实现了避免梯度下降搜索陷入无解和确定给定问题的解是否已经找到的目标;同时提出了降低面积和功耗的可替代辅助变量电路的两种设计方案。仿真实验结果表明,提出的新的模拟SAT求解器不仅是有效的,而且相比于单一软件算法实现的SAT求解器和其他硬件类SAT求解器具有更高的加速性能和更低的功耗。

高密度磁盘性能优化技术研究综述

在当今数字化时代,海量数据的生成和积累呈现出爆炸式增长的趋势,因此对存储容量的需求急速上升.传统磁记录磁盘CMR因其高容量和低成本而被视为解决海量数据存储的首选.然而,由于超顺磁效应的制约,CMR(Conventional Magnetic Recording)磁盘面密度的提升已触及极限.为了突破这一限制,叠瓦式磁记录技术SMR(Shingled Magnetic Recording)应运而生.基于传统硬盘架构,该技术以重叠磁道的方式,显著提升了磁盘面密度.但SMR磁盘在处理随机写时,会产生不可预测的写放大效应,从而严重影响I/O性能.为解决这一问题,业界随即提出了交错式磁记录技术IMR(Interlaced Magnetic Recording),利用优化的磁道布局和热辅助磁记录技术,有效实现了存储容量与性能的平衡.本文首先详细介绍了SMR和IMR的技术原理和磁盘类型,并量化分析了影响设备I/O性能的关键问题.然后,重点介绍了设备级优化方案,分析并总结了不同策略的优缺点与优化目标.接着,概述了面向设备的系统级和应用级设计方案,如文件系统、独立磁盘阵列技术和数据库等.最后讨论了在未来优化SMR磁盘和IMR磁盘性能可能的研究方向.

基于RTD1296的私有存储设备的设计

为满足私有存储设备传输安全、传输数据高效、节省电能的需求,设计一种以RTD1296为控制核心的千兆私有存储设备。该设备搭载Ubuntu系统和SFTP服务器,确保数据传输安全;采用千兆以太网和千兆无线网卡无缝连接互联网,确保数据高效传输;使用ZeroTier异地组网技术实现内网穿透;使用MQTT技术实现设备远程开关机,达到节省电能和保护磁盘数据安全的效果;使用AIRKISS+ESPTOUCH技术实现智能手机配网;具有蓝牙连接一键唤醒设备,提醒用户备份,易用高效。实验结果表明,所设计的私有存储设备能够保证数据传输安全,相比于RTD1195存储设备,该设备的下载速度快3倍,上传速度快7倍,整机节能高达50%,可实现安全、高效、节能、易用的目标。

基于RISC-V的IOMMU设计

在半导体技术受到管控的背景下,实现芯片的完全自主可控已成为现今半导体技术发展的重点.由于RISC-V具有开源、应用广泛的特性,研究RISC-V架构对于我国微处理器的自主可控具有重要研究意义.在微处理器系统中,由于物理资源的有限性和直接访问存储可能潜在危害,DMA访问I/O设备时将会受到诸多限制,从而影响访问性能.目前主流的方法是通过将I/O事务虚拟化,可以很好地解决这一问题.本文首次提出了一种基于RISC-V的I/O虚拟化架构,极大地加速了I/O访问进程,仅花费几个时钟周期就可快速完成I/O设备对内存的DMA请求.本设计将来可以作为IP,集成到RISC-V架构的处理器中,加速I/O设备对内存的访问.

基于GPGPU-sim的多kernel场景下GPGPU性能优化实验方法

该文介绍了基于GPGPU-sim的多kernel环境下GPGPU性能优化实验方法,旨在为初学者开展多kernenl场景下GPGPU性能优化研究提供实验方法参考,也能为计算机系统结构教学提供案例。文中重点分析讨论了基于GPGPU-sim模拟器、多kernel场景下的一种自适应线程块调度方法的改进思想、实验方法及过程,还对GPGPU的微系统结构、GPGPU-sim模拟器及源代码结构进行了介绍。实验结果表明,该文阐述的实验方法可行,相对于基准方法,该文提出的改进策略可以提升多kernel场景下GPGPU的执行效率。

大连理工大学打造自助打印服务平台

为充分利用数据资源,方便师生一站式办理各类证明文件,大连理工大学开展了综合自助打印服务平台的建设,一期项目采用线下自助终端打印方式,提供六部门19大类服务,共有21台自助终端设备。但线下打印成本高、受终端限制较大,为解决此问题,本着“让数据多跑路,师生少跑腿”原则,利用自助打印服务平台(一期)所产生数据源结合可信电子签章技术和数字证书技术,建设了自助打印服务平台(二期)项目:可信电子成绩单和证明服务平台。

一种改进的全变分降噪算法在低剂量工业CT重建图像中的应用

针对低剂量CT重建中的噪声抑制问题,文章将全变分降噪模型应用到CT重建的图像投影域,并介绍了ROF模型及能量泛函的建立,以及在低剂量CT图像处理中的应用。提出一种改进的ROF模型的实现方法。首先,利用梯度下降算法对投影图进行迭低降噪处理。其次,使用滤波反投影算法对工业CT图像进行重建。最后,通过CUDA并行运算实现了整个改进算法的过程,提高了算法的运行时间。通过模拟噪声和锂电池快速在线工业CT设备图像处理结果证明:所提出的方法能有效降低重建图像的噪声,提高图像峰值信噪比。

基于日志副本的Raft共识算法优化

在基于三副本策略的分布式存储系统中,当存储节点上的硬盘出现故障时,常见的处理方式是等待系统预设的时间.如果该故障硬盘超时未恢复,才开始恢复故障硬盘上的副本.这种处理方式存在的问题是,当三副本组中存在故障副本时,如果该副本组再有一个副本所在的硬盘发生故障,将导致系统无法继续提供服务,且不能自动恢复.本文提出一种基于日志副本的改进的Raft共识算法,即LR-Raft (log replica based Raft),日志副本没有完整状态机,可以快速加入集群,并参与投票与共识,提升了存在故障硬盘时系统的可用性;可以解决短时间内三副本中两个副本故障导致集群不可用和丢失数据的问题.实验结果表明,在副本组中引入日志副本后,与原Raft相比,LR-Raft在不同的工作负载下读写时延均明显降低,吞吐量显著提升.

基于分区操作系统的文件系统设计

研究涉及一种基于分区操作系统的文件系统设计方法,解决分区操作系统下文件的安全访问问题。分区操作系统资源、空间彼此隔离,文件系统用于管理分区数据,不能违背数据资源的隔离需求。为此,通过将文件系统部署在分区操作系统的分区;分区内和分区外采用两层分区安全访问控制;采用快照管理实现文件系统自身对并行文件访问需求,实现文件系统设计。通过测试表明,该方法能够在满足分区操作系统设计约束下,实现文件的安全访问。

基于鲲鹏处理器的WRF移植与评估

【目的】开展WRF模式在鲲鹏处理平台上的应用评估,为国产芯片在气象行业开展广泛应用提供参考。【应用背景】近年来气象数值预报技术不断发展,超级计算机成为气象发展的主要支撑,研究国产芯片对气象信息化支撑技术,有助于促进国产芯片在气象行业的广泛应用。【方法】基于ARM架构的鲲鹏920处理器从STREAM、HPL、HPCG 3个方面进行基准测试,以气象行业典型应用WRF为例,展示鲲鹏处理器在模式移植、计算效率和扩展性方面的良好性能。【结果】从测试结果来看,鲲鹏处理器表现出优秀的访存带宽、浮点计算性能以及高扩展性;鲲鹏处理器的移植过程较为简单,应用性能满足气象行业的时效性与扩展性要求,预报结果能做到与气象现有平台保持一致。【结论】鲲鹏处理器具备在气象行业广泛应用的基础。

前言

处理器芯片是信息系统的控制和算力根基.当前海量应用的不断演进对处理器性能和能效产生了指数级提升的追求,处理器芯片的设计规模和复杂度变得越来越大,设计难度越来越高,现有的层层分解的处理器设计流程已经难以实现全局能效最优.

推动中国数据存储产业链发展为数字中国建设保驾护航

计算、存储、网络技术都是信息领域的关键核心技术,是建设科技强国的战略支撑.当前,随着人工智能、物联网等新一代信息技术在新一轮科技革命和产业变革中蓬勃兴起,数据已成为数字经济时代的核心资源和生产要素,算力开始成为科技强国重要的基础设施,成为人工智能时代科技发展和全球数字经济竞争的高地.算力主要体现为数据的处理能力.

深度学习在多核缓存预取中的应用研究综述

当前人工智能技术应用于系统结构领域的研究前景广阔,特别是将深度学习应用于多核架构的数据预取研究已经成为国内外的研究热点。针对基于深度学习的缓存预取任务进行了研究,形式化地定义了深度学习缓存预取模型。在介绍当前常见的多核缓存架构和预取技术的基础上,全面分析了现有基于深度学习的典型缓存预取器的设计思路。深度学习神经网络在多核缓存预取领域的应用主要采用了深度神经网络、循环神经网络、长短期记忆网络和注意力机制等机器学习方法,综合对比分析现有基于深度学习的数据预取神经网络模型后发现,基于深度学习的多核缓存预取技术在计算成本、模型优化和实用性等方面还存在着局限性,未来在自适应预取模型以及神经网络预取模型的实用性方面还有很大的研究探索空间和发展前景。

头部动态场景下非接触式血氧饱和度测量

针对现有非接触式血氧饱和度测量方法在头部动态场景下准确性低的问题,提出一种基于改进的自适应噪声完全集合经验模态分解与小波阈值相结合的去噪方法,用于提取高信噪比的脉搏波信号。首先,为解决自适应噪声完全经验模态分解在分解重构早期产生虚假分量和模态混叠的问题,在分解过程中加入高斯白噪声,使其成为改进的自适应噪声完全集合经验模态分解(ICEEMDAN),从而减少模态分量中的残余噪声。然后,使用ICEEMDAN对红蓝色通道的脉搏波信号进行模态分解,并使用db8小波基函数对符合血氧频谱范围的分量进行3级分解和重构,将重构后的信号用于后续血氧值的计算。最后,将不同头部动态场景下测量的血氧饱和度结果进行实验对比分析。结果表明:不同头部场景下得到的血氧饱和度平均误差为0.73%,相较于其他算法平均误差降低1.93%。本文提出的去噪方法在不同头部场景下具有较好的稳定性,可满足日常血氧饱和度测量的需求。

基于HTML5技术的森林防火教育应用设计研究

森林防火教育既是护林工作的基础,又是此项工作的重中之重。为让更多人通过互联网平台学习森林防火知识,了解森林火灾的应急措施,文章提出利用超文本5(HyperText Markup Language 5,HTML5)技术设计森林防火宣传教育应用。

高性能并行计算的发展历程

并行计算是相对于串行计算而言的,它是将一个计算任务分解成若干相对独立的子任务,然后用若干个处理器对其并行求解。使用并行计算最直接的目的就是提高问题的求解速度以快速完成原问题的解。非数值计算是相对数值计算而言的,它研究的是如何将计算科学中一些不能直接使用数学函数解决的问题并行求解。90年代开始,我带领团队系统地开展了此方面的研究,首先是奠定了所需的理论基础,并逐渐形成了完善的学科体系和应用示范。在此过程中,我们还积极倡导交叉学科研究,及时关注学科前沿技术,并且坚持学术研究要服务于国民经济主战场。在整个研究过程中,我们一方面积极开展国际学术交流,创办国际学术会议和专业期刊;另一方面坚持自力更生,研制自主可控的国产高性能计算机,创建科教平台为普及中国高性能计算机教育服务。