一种面向科学计算的数据流优化方法

传统数据流结构通过多上下文来隐藏指令等待源操作数的延迟,然而这种隐藏方式只能部分提高数据流处理器执行单元的利用率.在面向例如Stencil、FFT和矩阵乘法等典型科学应用时,传统数据流结构的执行单元利用率仍然较低.科学计算中的核心程序一般是对不同数据进行相同的操作,而且这些操作可以并行执行,数据之间没有直接依赖关系.传统数据流结构是面向通用计算的,通常采用循环来实现对不同数据的相同操作.在这些循环中,迭代是按照顺序依次执行的,这导致了传统数据流结构没有利用科学计算的并行性来提高性能.所以传统数据流结构在处理这些规则的科学应用时没有协调好数据流计算模式和科学计算特征,而数据流计算是非常适合科学计算这种类型的规则计算.基于科学计算的这些特征,该文提出了一种面向科学计算的数据流结构优化方法:循环流水优化方法.循环流水优化方法利用科学计算的分块和并行处理特征,对传统数据流结构中的上下文控制逻辑进行了改进,将科学计算中的循环采用硬件自迭代的方式实现,并将上下文切换逻辑进行了流水化,使数据流结构中的上下文以流水线方式进入执行单元阵列,从而提高计算单元的利用率.面对这种循环流水优化后的数据流结构,传统数据流结构上的指令映射算法不再适用.通过分析循环流水优化后的结构特征,该文进一步提出了一种改进的指令映射算法:LBC(Load Balance Centric)指令映射算法.LBC算法按照深度优先顺序依次映射数据流图中的所有指令,对每条指令分别计算执行单元阵列中所有位置的代价,取最小代价的位置作为最佳映射位置.LBC算法以执行单元负载均衡为核心,同时将定点指令和浮点指令分开处理,保证执行单元上的定点部件和浮点部件的负载均衡.每当映射一条指令时,LBC算法采用相邻节点传输延迟与已经映射的该类型指令数量的乘积作为负载代价,来实现计算部件的负载均衡.另外,LBC算法将网络拥堵也作为指令映射的影响因素.LBC算法将节点与所有父节点的距离之和作为传输代价,使指令间传输消息的路径最短,从而减小片上网络消息传递的跳数.实验结果表明,在处理典型科学应用时,相比于传统数据流结构,循环流水的优化方法将数据流结构的性能平均提高了4.6%.相比于传统指令映射算法SPDI和SPS,在循环流水优化后的数据流结构上,LBC指令映射算法将性能分别平均提升了182.6%和158.1%.

面向门级网表的VLSI三模冗余加固设计

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。

矿用静止无功发生器单极倍频调制策略

矿用静止无功发生器是SVG(Static Var Generators)技术与防爆技术相结合,成功研发的新一代煤矿井下无功补偿产品。其调制策略的核心思想是首先对检测部分所得到的信号进行采样,然后通过采样值与给定值协调工作共同作用来得到系统需要的控制信号和一些相应的特性关系,无论哪种控制方式都是围绕这一中心思想进行的,提出了一种适用于矿用静止无功发生器的调制策略,既能实施补偿负荷无功,又能改善负荷接入电网点的电压波形。

基于SVG矿用静止无功发生器的研究

针对煤矿3.3k V工作面的负荷特点,以及传统无功补偿技术存在的问题,采用了SVG技术研制了3.3k V矿用链式静止无功发生器。SVG是利用大功率的电力电子器件如IGBT等,构成电压源型逆变器,然后把逆变器通过变压器或者是电抗器并联接进供电网,再经由调整逆变器的交流方的输出电压的相位和幅值,实时的发出或是吸收供电系统所需的无功,从而真正做到无功功率实时动态调节的目的。