swLLVM:面向神威新一代超级计算机的优化编译器

异构众核架构具有超高的能效比,已成为超级计算机体系结构的重要发展方向.然而,异构系统的复杂性给应用开发和优化提出了更高要求,其在发展过程中面临好用性和可编程性等众多技术挑战.我国自主研制的神威新一代超级计算机采用了国产申威异构众核处理器SW26010Pro.为了发挥新一代众核处理器的性能优势,支撑新兴科学计算应用的开发和优化,设计并实现面向SW26010Pro平台的优化编译器swLLVM.该编译器支持Athread和SDAA双模态异构编程模型,提供多级存储层次描述及向量操作扩展,并且针对SW26010Pro架构特点实现控制流向量化、基于代价的节点合并以及针对多级存储层次的编译优化.测试结果表明,所设计并实现的编译优化效果显著,其中,控制流向量化和节点合并优化的平均加速比分别为1.23和1.11,而访存相关优化最高可获得2.49倍的性能提升.最后,使用SPEC CPU2006标准测试集从多个维度对swLLVM进行了综合评估,相较于SWGCC的相同优化级别,swLLVM整型课题性能平均下降0.12%,浮点型课题性能平均提升9.04%,整体性能平均提升5.25%,编译速度平均提升79.1%,代码尺寸平均减少1.15%.

申威26010众核处理器上Winograd卷积算法的研究与优化

卷积作为深度学习中被频繁使用的关键部分,其并行算法的研究已成为高性能计算领域中的热门话题.随着我国自主研发的申威26010众核处理器在人工智能领域的快速发展,对面向该处理器的高性能并行卷积算法提出了迫切的需求.针对申威26010处理器的架构特征以及Winograd卷积算法的计算特性,提出了一种高性能并行卷积算法——融合Winograd卷积算法.该算法不同于依赖官方GEMM(general matrix multiplication)库接口的传统Winograd卷积算法,定制的矩阵乘实现使得该算法的执行过程变得可见,且能够更好地适应现实中常见卷积运算.整个算法由输入的Winograd变换、卷积核的Winograd变换、核心运算和输出的Winograd逆变换4部分构成,这4个部分并不是单独执行而是融合到一起执行.通过实时地为核心运算提供需要的变换后数据,并将计算结果及时地逆变换得到最终的输出数据,提高了算法执行过程中的数据局部性,极大地降低了整体的访存开销.同时,为该算法设计了合并的Winograd变换模式、DMA(direct memory access)双缓冲、片上存储的强化使用、输出数据块的弹性处理以及指令重排等优化方案.最终的实验结果表明,在VGG网络模型的总体卷积测试中,该算法性能是传统Winograd卷积算法的7.8倍.同时,抽取典型卷积神经网络模型中的卷积进行测试,融合Winograd卷积算法能够在所有的卷积场景中发挥明显高于传统Winograd卷积算法的性能.其中,最大能够发挥申威26010处理器峰值性能的116.21%,平均能够发挥峰值性能的93.14%.

面向SW26010Pro处理器的全局符号重定位优化

申威异构众核处理器运算核心访问主存的延迟很大,程序中应尽量避免运算核心代码访问主存的操作.全局偏移表存放程序中全局变量和函数的地址,不适合保存在珍稀的运算核心局部存储空间中,并且其访问模式通常比较离散,因而也不适合对其做Cache预取,访问全局偏移表引入的访问主存操作对程序性能影响较大.本文针对异构众核程序静态链接与动态链接的使用场景,分析链接器relaxation优化的使用限制,通过“gp基地址+扩展偏移”的方法实现避免访问主存操作的全局符号重定位优化.实验结果表明,该重定位优化方法能够以增加少量代码为代价,在运算核心代码调用函数与访问全局变量时有效避免访问全局偏移表引入的访问主存的操作,提高众核程序的运行性能.

文化遗产数字化游客支付意愿及影响因素研究——基于SEM和fsQCA方法的分析

文化遗产数字化是实现文化遗产可持续发展的最佳路径,游客对文化遗产数字化认知直接关系到其对文化遗产的保护意向,因此对其支付意愿的研究显得尤为重要。基于计划行为理论,通过引入文化旅游参与度和过去相关经历两个扩展因子,构建游客对文化遗产数字化支付意愿的影响因素模型,并以敦煌莫高窟为例,利用结构方程模型和模糊集定性比较分析方法检验了假设模型及探讨因果组合配置,发现:(1)行为态度、主观规范、知觉行为控制、文化旅游参与度和过去相关经历对游客支付意愿均存在显著正向影响;(2)行为态度不仅直接影响支付意愿,且在过去相关经历对游客支付意愿影响过程中起中介作用;(3)基于组态视角发现了三类触发游客支付意愿的前因构型。研究完善了游客对文化遗产数字化支付意愿影响因素模型体系,为提高游客支付意愿和文化遗产的可持续发展提供理论指导和管理启示。

苹果酸脱支淀粉酯对饼干品质及消化特性的影响研究

文章旨在研究添加苹果酸脱支淀粉酯对饼干品质及其消化特性的影响。结果表明,当添加量较低时,有利于饼干形状的稳定,硬度、内聚性降低,使得饼干的口感更加酥松细腻;当添加量较高时,反而不利于饼干形状的稳定。随着添加量的增加,饼干颜色逐渐变白,在一定程度上会阻碍饼干的褐变反应,降低饼干的特殊风味。苹果酸脱支淀粉酯的添加能够增加饼干中抗性淀粉的含量,从而使得饼干的消化性、估计血糖生成指数(eGI)降低。随着添加量的增加,饼干的感官评分逐渐下降。当添加量为2.5%和5%时,饼干的感官评分与普通饼干相近,但继续增加添加量感官评分大幅度降低。因此,在保证饼干感官品质的前提下,结合质构、消化性及eGI值,苹果酸脱支淀粉酯的最佳添加量为5%。

CaCl_(2)@MOF‑808原位复合成型颗粒的制备及其集水性能

将吸湿盐与金属有机骨架(MOF)材料结合,采用原位改性成型方法快速制备吸湿盐负载的CaCl_(2)@MOF-808复合成型颗粒。基于MOF-808的高孔隙率和高比表面积,CaCl_(2)可分散在MOF-808的孔道内,水分子在丰富孔隙环境和吸湿盐的共同作用下被吸附,提升了该成型颗粒在低压下的集水能力。通过X射线粉末衍射、扫描电镜、N2吸附-脱附和吸水测试等表征技术观察成型颗粒的物相及性能,结果表明CaCl_(2)@MOF-808成型吸附剂机械强度达25 N,满足应用的抗压水平,同时在25℃和相对湿度(RH)30%下其吸水率达到最大值0.43 g·g^(-1),是原始MOF-808的5倍,具有良好的吸水能力。

申威处理器上数据流运行时系统的设计与实现

我国自主研发的新一代神威异构众核计算平台主要采用athread异构编程方法,athread异构编程属于大同步并行模型,难以充分挖掘程序中的细粒度并行性,其采用的同步方式难以实现众核上的任务负载均衡。数据流并行编程模型因其天然并行性、点对点同步的特点能够很好地解决上述问题。基于Codelet程序执行模型和申威主从核架构特点,设计并实现面向申威处理器的数据流运行时系统swTasklet,通过对Codelet功能的进一步细化和对Codelet机器模型到主从核的映射,避免从核阵列上的同步操作,减少同步开销;由主核完成从核计算任务的调度分配,将计算和同步操作分离,保证运行时系统可以和从核计算库的共用。实验以NPB LU程序和向量-向量加作为测试用例,采用相同的优化方法分别对swTasklet和athread实现进行并行化。实验结果表明:在规模较大情况下,LU程序的swTasklet实现版本比athread版本快16%,向量-向量加swTasklet实现版本比athread版本快1倍;使用swTasklet实现的LU并行版本较主核本取得了平均8倍以上的加速,而向量-向量加swTasklet版本较主核版本取得30倍左右的加速。

面向新一代国产异构众核处理器的数据流计算系统

如今,科学研究已从计算科学时代进入数据科学时代.从海量数据中发现规律和突破科学发展瓶颈是数据科学范式的主要目标.与此同时,高性能计算机(HPC)也越来越重视智能算力,在传统高性能计算方法的基础上融合人工智能算法(HPC+AI),更有利于在数据科学时代解决实际问题,并能充分发挥高性能计算机的智能算力.不过,在国产HPC系统——特别是面向由新一代国产异构众核处理器sw26010pro构建的HPC系统——上支撑HPC+AI领域应用,则面临着诸多挑战.提出了一种面向国产异构众核处理器的数据流计算系统swFLOWpro,支持使用TensorFlow接口构建数据流程序,实现对用户透明的众核加速,并实现了面向全处理器视角的两级并行策略.经测试,系统针对典型核心计算,单核组众核加速比最高可达545倍、典型模型众核加速比最高可达346倍,全片6核组并行执行ResNet50模型训练,对比单核组加速比达到4.96倍,并行效率82.6%.实验表明,swFLOWpro能够支持以深度学习为代表的数据流程序在国产异构众核处理器上的高效运行.

针对SW26010众核处理器的单精度矩阵乘算法

矩阵乘作为许多科学应用中被频繁使用的关键部分,其计算量巨大且稠密的本质,使得高性能计算领域中矩阵乘并行算法的研究一直是经久不衰的热门话题.随着我国自主研发的申威众核处理器SW26010在科学计算和人工智能领域的快速发展,对面向SW26010众核处理器的高性能矩阵乘算法提出了迫切的需求.针对SW26010众核处理器的体系结构特征,首次对单精度矩阵乘实现进行了深入探讨,提出了3种不同存储层次的高性能并行算法.在进行算法设计时,计算方面,结合该处理器的从核双流水,从汇编层面手动控制核心计算任务的指令序列,保证了高效的指令级并行;访存方面,综合考虑了有限片上存储资源的有效使用,以及访存任务和计算任务的交叉并行,实现了计算访存的平衡以及算法整体性能的提升.实验结果显示,与该处理器上最先进的官方数学库xMath中的单精度矩阵乘实现相比,运行时峰值性能提升了6.8%,达到了理论峰值性能的86.17%;在基于不同矩阵乘场景的通用性比较中,95.33%的场景中性能更高,最高性能加速比达到247.9%,平均性能加速比为61.66%.

并行程序设计模型和语言

并行计算技术的发展已有20多年的历史了.时至今日,高性能并行计算仍然缺乏有效的并行程序设计方法和工具,使得编写并行程序、理解并行程序的行为、调试和优化并行程序的性能都很困难.从分析并行程序设计困难的原因入手,指出了当前各种高性能并行机系统支持的并行程序设计方法存在的诸多问题,综述了并行程序设计模型和语言的研究现状,给出了并行程序设计模型的评价标准,并提出了这一研究领域所面临的挑战性问题,指出了一些未来可能的发展方向.

护理干预在预防颅脑手术患者术后压疮的应用

颅脑外科手术患者因病情危重,卧床时间长,常伴有意识障碍〔1〕、肢体运动功能障碍、大小便失禁等,是压疮好发的高危人群之一。手术压疮是指患者在手术中、手术后几个小时内发生的皮肤压伤。

无牙颌下颌骨及颞下颌关节三维有限元模型的建立

目的构建功能状态下无牙颌下颌骨及颞下颌关节三维有限元模型,此模型将为无牙颌颞下颌关节(TMJ)生物力学研究奠定良好的基础。方法采用螺旋CT断层扫描法,获取无牙颌患者下颌骨及颞下颌关节形态数据,然后将获得的每层CT片的图像输入计算机中,经二值化和边界提取方法进行图像处理,对所得数据点用CAD软件进行曲线重构、曲面重构和实体重构,最终得到无牙颌患者下颌骨及颞下颌关节三维实体模型。结果通过前期的数据采集、三维重建和后期的有限元建模,成功构建了无牙颌下颌骨及TMJ三维有限元模型。结论该模型在边界设定、载荷方式以及载荷量方面,真实代表了口内情况,可用于无牙颌下颌骨及TMJ结构内的应力分布研究。

天然抑菌剂对冷加工蛋糕保鲜效果的研究

为研究纳他霉素、乳酸链球菌素和ε-聚赖氨酸3种天然抑菌剂的抑菌效果,获得复配天然抑菌剂的最优组合,本研究以不同浓度的纳他霉素、乳酸链球菌素(0.10、0.20、0.30、0.40和0.50 g/L)和ε-聚赖氨酸(0.10、0.15、0.20、0.25和0.30 g/L)处理冷加工蛋糕测定蛋糕在不同培养时间(24、36、和48 h)下的菌落总数,计算其抑菌率,并通过正交试验筛选出理论抑菌效果最优的组合。结果表明,3种天然抑菌剂均有一定的抑菌效果,其主次顺序为ε-聚赖氨酸>乳酸链球菌素>纳他霉素,理论抑菌效果最优的组合为纳他霉素0.22 g/L、乳酸链球菌素0.26 g/L和ε-聚赖氨酸0.12 g/L。研究结果为延长冷加工蛋糕货架期提供参考。

黄曲霉素毒性效应机制的研究进展

在综述黄曲霉素的毒理学效应机制的基础之上,对今后黄曲霉素的研究工作方向展开了讨论,提出今后研究工作应从寻找分子标记物和控毒措施等方面展开。

舌鳞癌组织中Cyclin D1的表达与临床病理相关性

目的 :探讨细胞周期素D1 (CyclinD1 )在舌癌中的表达及临床病理相关性 .方法 :采用免疫组化ABC法检测 4 2例舌鳞状细胞癌、1 9例良性肿瘤石蜡包埋标本的CyclinD1表达 .结果 :CyclinD1在舌癌细胞核中呈阳性表达 ,阳性表达率5 5 % ,与组织学分级及淋巴结转移呈明显正相关 (r=0 .388,P <0 .0 5 ) .生存分析资料显示CyclinD1 (+)、(- )两组 5a相对复发危险度 (RRR)u =1 .95 9(P >0 .0 5 ) ,Kaplan Meier生存曲线示两组 5a累积无复发生存期 (RFS)无显著差异 (P >0 .0 5 ) .结论 :CyclinD1在舌癌中异常表达 ,其表达可能与肿瘤分化及发展相关 。

综合保温措施对失血性休克患者低体温的护理干预研究

低体温是失血性休克常见I临床症状之一，严重、持续的低体温会影响凝血功能、肾功能、心肌收缩力和药物代谢，增加护理难度，影响休克转归。我院手术室在采用常规方法抢救休克患者同时，使用综合保温措施对患者低体温进行干预，取得较好效果，现报道如下。

大面积烧伤患者切痂植皮术中体温变化特点分析

目的观察大面积烧伤切痂植皮手术患者术中体温变化规律。方法不同时间记录分析40例大面积烧伤手术患者100次手术术中体温变化。结果大面积烧伤切痂植皮手术患者体温随手术时间延长而降低,患者体温从消毒后开始下降,手术开始60 min后,低体温发生率即显著高于消毒前(P<0.01),达到12%,90 min低体温发生率为40%,120 min低体温发生率为59%,手术结束时低体温发生率为67%。结论大面积烧伤切痂植皮手术患者低体温发生率高,缩短手术时间,减少术中创面暴露等措施对降低低体温的发生尤为重要。

不同垂直距离下无牙颌髁突应力分布的三维有限元研究

目的探讨无牙颌患者在不同垂直距离下髁突的应力分布特征。方法采用螺旋CT断层扫描技术,经图像数字化处理等方法构建无牙颌患者配戴不同垂直高度全口义齿时下颌骨和颞下颌关节三维有限元模型,分析载荷状态下髁突的应力分布状况。结果不同垂直距离时,髁突每个区域拉、压应力并存,分布趋势基本一致,但不同部位的应力值相差较大,随垂直距离降低(由H-2位到H-6位),各区应力值呈减小趋势,在H-8位时各区应力值呈增大趋势。结论在同等载荷情况下,垂直距离的改变对无牙颌各区域产生不同的应力效果。