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%.

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。

存储系统性能测试技术研究

针对国产计算机硬盘I/O性能测试存在主要使用开源测试工具、缺少统一的基准测试工具问题,设计了一套专门适用于国产计算机上的硬盘I/O性能测试系统。与开源测试工具相比,该系统测试对象更明确,其图形界面简化了用户操作,能直观展示测试结果。该系统测试结果与开源测试工具Vdbench无异,证明了其可为评估国产计算机硬盘I/O性能提供可靠性依据,同时,在国产计算机上对其进行了应用测试,证明了其实用性。

大规模分布式系统的架构设计与应用性能分析

文章详细阐述了分布式系统基础架构、微服务与容器化技术的应用,通过电子商务平台案例深入分析了实际应用场景,并提出了一系列性能优化策略。性能分析结果表明,提出的优化策略有效提升了系统性能与可靠性。

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。

基于混合存储结构的分级协同节能方案

新能源的应用已成为一种趋势,但具体到存储I/O领域,存储设备通常会根据存储负载的强度进行节点调度,而不规则波动的新能源和存储负载之间存在波峰波谷错位匹配的问题,增加了存储设备的调度难度。提出了一种针对NVM-SSD混合存储介质的分级协同节能方案MixSave,为每一层提供定制化节能方案并且协同调度,提升了新能源能效比。基于NVM和SSD存储介质的性能与能耗特点,MixSave采用NVMSSD的高性价比分级存储架构,为用户提供高性能、大容量存储服务,并且通过副本保证数据可靠性。NVM作为缓存层采用负载驱动型方案,以保证性能为优先目标,即根据负载变化动态调整高功耗状态的NVM设备数量,满足负载需求;SSD作为数据层采用新能源驱动型节能方案,以提升新能源利用率为目标,根据新能源的变化动态调整SSD启用数量,进行缓存数据同步与预取。测试表明,与未采取节能措施的标准方案相比,MixSave性能下降不超过4%,在轻负载模式下,MixSave可节省73%~80%的传统能源,在重负载模式下,可节省55%~61%的传统能源。

应用于高密度多层光存储的聚合物基存储介质

飞秒微爆多层光存储是一种新型光存储技术,它通过在介质内部记录多层数据,成倍地扩充了光盘容量极限,有望解决传统光盘容量过低的问题。但由于飞秒微爆多层光存储信息记录过程受到多种材料因素的共同影响,导致长期缺乏介质材料选择的理论依据。文中选择误码率作为光存储性能的关键指标,测试对比了不同光学树脂的光存储性能。采用相关系数量化了材料的力学性质、热性质、光学性质、介电常数和高分子链结构与光存储性能之间的依赖关系,从而揭示出光学树脂的高分子链结构才是影响光存储性能的决定性影响因素。基于此发现,在聚甲基丙烯酸甲酯材料中实现了60层高密度多层光存储信息读写测试,容量密度达到1600 Gbits/cm^(3)。

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。

面向湍流大数据的高效存储与访问关键技术研究

随着测量技术和数值模拟技术的发展,数据驱动的湍流研究成为该领域的新研究方法。我国已建立了多个风洞实验室和多个超算中心来模拟湍流,这些研究积累了大量的湍流数据,但是国内没有集中的湍流数据管理平台,耗资巨大的实验和仿真数据难以实现交流和共享。湍流数据具有数据量大、维度高、精度高和多源异构等特点,其存储、访问与管理存在数据集成困难、数据访问低效和存储效率低等问题。设计了一个面向航空、航天和航海典型流动问题的湍流大数据分布式存储系统TDFS。结合湍流大数据的访问特点,在TDFS中设计了新的元数据组织方式和数据访问接口。实验结果表明,与HDFS和GlusterFS相比,TDFS分别实现了54.38%和57.7%的接口响应速度提升。同时,为了降低湍流大数据的存储开销,设计了基于HDF5的副本延迟压缩机制,相比原有的副本存储方式,节省了34%的存储空间。

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。

基于资源感知的分布式爬虫任务调度方法

文中致力于开发一种基于资源感知的分布式爬虫任务调度方法,以优化分布式环境中各节点的系统资源利用,提升爬虫任务的执行效率。该方法通过引入资源感知调度算法和节点优先级管理,实现对节点中CPU、内存、网络等资源的监测,以便均衡调度爬虫任务,即确保爬虫任务在资源利用率较低的节点上执行,从而有效减轻各个节点之间资源过度占用和不均衡问题。另外,该方法引入的Flask提高了可扩展性,实现了可视化爬虫监控平台。实验结果表明,文中提出的方法在提高爬虫任务执行效率和适应性方面取得了显著效果,为分布式爬虫系统的进一步优化提供了有益指导。

基于NVMe-oF的高速大容量存储系统设计

随着信息技术的快速发展,数据规模和数据类型持续增长,为了高效存储数据、充分挖掘数据价值,需要快速提升存储系统的存储容量,增强读写性能,因此,对高速大容量存储技术进行深入研究的需求愈发迫切。文章基于NVMe-oF技术设计了一个高速大容量存储系统。该系统能够提供端到端的高带宽、低延迟数据存储,相较传统存储系统实现了计算与存储资源的解耦,能够支撑后期根据需求对计算、存储资源的适应性灵活升级扩容。

3D NAND闪存中氟攻击问题引起的字线漏电的改进

随着3D NAND闪存向更高层数堆叠,后栅工艺下,金属钨(W)栅字线(WL)层填充工艺面临的挑战进一步增大.由于填充路径增长,钨栅在沉积过程中易产生空洞,造成含氟(F)副产物的聚集,引起氟攻击问题.具体表现为,在后续高温制程的激发下,含氟副产物向周围结构扩散,侵蚀其周边氧化物层,导致字线漏电,影响器件的良率及可靠性.本文首先分析了在3D NAND闪存中氟攻击的微观原理,并提出了通过低压退火改善氟攻击问题的方法.接下来对平面薄膜叠层与三维填充结构进行常压与低压下的退火实验,并使用多种方法对残留氟元素的浓度与分布进行表征.实验结果表明,适当条件下的低压退火,使得钨栅中的残余氟有效地被排出,可以有效降低字线的漏电指数,提高3D NAND闪存的质量.

面向云审计的轻量级隐私保护方案

在大数据爆发式增长背景下,云存储服务的发展为用户数据存储带来了极大的方便,按需服务特性使其备受青睐。但由于失去了对云服务器中数据的直接控制,不确定因素可能导致用户的数据损坏,这给云存储发展带来极大挑战。笔者提出轻量级计算和验证的数据审计方案,简化了用户在上传数据之前的标签计算操作,保证用户上传数据的安全性。此外,云服务器和审计者的计算任务也得到减轻,进一步降低计算开销。为保护用户数据隐私,借鉴了图像加密中的置乱加密,让用户使用随机函数对数据块的位置进行置乱,同时让审计者计算出数据块的真实位置,完成审计操作。实验结果表明,该方案有效节省了审计流程中用户和服务器、审计者3方的计算资源,提升流程效率。

混合内存架构下数据放置研究综述

当前基于DRAM和NVM的混合内存系统在系统结构领域的研究前景广阔,特别是对混合内存系统进行数据放置的研究已经成为国内外研究的热点。对混合内存架构下数据放置策略进行了研究,在介绍当前常见混合内存架构的基础上,对现有数据放置策略的设计思路进行了全面分析,主要涉及硬件/软件机制、内存访问特征、静态/动态分析、机器智能、触发方式和粒度选择等方面,并针对混合内存性能、功耗和耐久性的数据放置优化进行总结。综合分析发现,现有的混合内存数据放置策略在内存架构、数据迁移、计算成本和全局优化等方面还存在局限性,未来在架构设计以及内存管理方面的改进还有很大的研究探索空间和发展前景。