基于事务性执行的投机并行多线程软件模拟

基于事务性执行的投机并行多线程是一种适合未来多核微处理器架构的新型并行程序设计和编译技术.但在此基础上的并行程序执行过程更为复杂,程序执行过程的模拟成为关键问题之一.本文提出利用二进制代码级动态插桩技术对投机并行多线程程序进行功能性模拟,设计并实现了完整的软件平台,可精确地模拟和监控并行程序的线程级投机执行过程,检测访存冲突,从而实现投机并行多线程的语义.该软件平台同时可以作为进一步研究投机多线程并行程序真实执行过程的基础,并有效支持投机并行多线程编译器的设计和分析.

并行多线程处理机体系结构分析

并行多线程体系结构处理机由多个逻辑处理机构成,大量的流水线控制部件由所有的逻辑处理机所共享。在每个周期,处理机从多个线程取出多条指令调度执行。另外一个特点,它同时支持指令级和线程级的并行操作。本文分析了PMA工作原理。并给出一个处理机模型。

求解流水车间订单接受与调度问题的多线程并行迭代贪婪算法

针对流水车间实际生产过程中交货期短和生产能力不足的困难,研究了流水车间订单接受与调度问题,并以企业生产总净利润最大化为目标建立了数学优化模型。鉴于传统迭代贪婪算法求解流水车间调度问题的优势与不足之处,提出了一种多线程并行迭代贪婪算法(MPIG)。在算法的初始化阶段以及破坏重构阶段分别设计基于NEH(Nawaz-Enscore-Ham)的初始解产生方法以及融合不同破坏优先级的破坏方式。为提高算法搜索效率,提出了一种多线程并行搜索策略。首先利用二分查找算法快速找到订单在待插入序列中的拒绝点,随后通过多个线程同时搜索订单在序列中的局部最优位置,并最终找到订单最佳插入位置。实验结果表明,与解决类似生产调度问题的相关智能优化算法相比,所提出的MPIG具有更好的求解质量以及求解稳定性。同时,与实际生产过程中常用的启发式调度方法相比,所提出的算法在目标值上表现出不低于11%的改进率,可以有效增加企业生产总净利润,减小拖期成本。

基于混合推进的多线程并行离散事件仿真引擎

随着电子对抗仿真技术应用的不断深入,用户对电子对抗仿真环境的要求越来越高。仿真引擎是仿真系统内驱动模型运行的核心组件,直接影响到仿真的逼真性与仿真效率,传统的仿真引擎技术采用单一推进机制,适用范围有限、仿真效率不高。为了提高离散事件仿真的效率,同时降低仿真引擎对计算机网络条件的依赖,发展了一种基于混合推进的多线程并行离散事件仿真引擎,采用多线程并行方式加载与解析仿真方案,提高了数据加载与解析的速度,采用混合推进机制减少了算力开支与时间成本,提高了离散事件仿真的效率。同时实现了仿真引擎与模型的解绑,仿真引擎能够根据事件类型灵活加载模型组件,拓宽了其适用范围。最后,通过具体仿真实验案例的验证,证实了所提方法的可靠性与应用潜力。

动态多敏感属性匿名保护多线程并行算法

文章通过建立伪记录表,将新添加的记录与伪记录进行匹配,创造删除伪记录的机会,以达到减少匿名数据集中伪记录的目的,将记录桶进行分割,设计实现一种动态多敏感属性匿名保护的多线程并行算法c-m-inv。实验结果表明,算法c-m-inv高效、生成的多敏感属性匿名数据集具有较高的可用性。

基于无锁原子操作的多线程并行Delaunay三角化算法

基于OpenMP实现了一种基于空腔交叠互斥准则与无锁原子操作的Delaunay三角化增量插点细粒度并行算法。在串行算法的基础上,对点集引入Hilbert排序,使相邻点在几何上亦相邻。引入互斥机制——仅当各空腔无公共单元及公共相邻边时,才可同时插入,根据Delaunay局部性准则可保证整个网格都具备Delaunay属性。每个单元用一个原子变量标记该单元是否已被占有,在计算Delaunay空腔时,各线程将试图写入该原子变量,但本竞争机制保证有且仅有一个线程能成功获得该单元的所有权,以保证算法的互斥性。经数值实验表明,对于10~7的点集,该算法在16核下加速比可达7.06倍。

FLAC^(3D) V3.0边坡稳定剪切强度折减法的多线程并行算法

强度折减法将边坡的安全系数定义为边坡刚好达到临界破坏状态时的折减系数,该过程一般采用二分法对边坡内聚力和内摩擦角进行迭代计算。为优化迭代计算次数以缩短计算时间,提出多线程并行运算强度折减法的计算策略,得到二分法和多线程并行运算在不同折减系数计算范围(Kmin,Kmax)、给定误差条件η下所需最小迭代次数的理论公式。将FLAC^(3D)命令流内嵌于Python脚本中,通过Python脚本同时调用多个FLAC^(3D)应用程序,分别采用4线程并行运算和传统二分法对实例边坡进行强度折减法的计算。研究结果表明:在本文计算条件下,2种方法计算结果相同,采用4线程并行运算时迭代次数是二分法运算的0.46倍,其总的计算时间为二分法的0.55倍。采用多线程并行运算能有效减少迭代次数及总的计算时间。

一种基于动态分组策略和多线程并行IO的并行镶嵌算法优化

遥感图像的镶嵌处理具有数据量大,流程复杂,算法处理耗时巨大的特点,并行计算是加速镶嵌处理过程速度的有效手段。但是,传统的并行镶嵌算法由于任务分配采用静态策略,导致计算节点负载不均衡,并行效率不高。同时,由于传统并行镶嵌算法中存在大量非常耗时的数据存取操作,并且在重采样和匀色过程中存在不合理的流程配置,使得并行效率降低,难以得到比较线性的加速比。本文提出的基于动态任务分配和多线程并行I/O的并行镶嵌算法,较好地解决了上述问题,通过对比分析和实验表明,本算法对大规模图像的镶嵌处理,具有较好的并行处理速度,以及理想的线性并行加速比曲线,节点扩展能力较强。

一种多线程概念约简算法

针对现有概念约简算法计算过程较为繁琐且执行效率低的问题,提出了一种多线程概念约简算法MTCR。MTCR以提高计算概念约简的效率为首要目标,在多核环境下利用多线程技术并行计算概念约简。首先,MTCR算法使用两个线程分别计算单个对象的对象代表概念集和单个属性的属性代表概念集;然后,将形式背景中的对象(属性)依次放入p个队列,并为每个队列创建线程;最后,通过多线程方式并行计算任意对象的对象代表概念集和任意属性的属性代表概念集,以及两类代表概念集的交集,进而构建代表概念矩阵,据此计算出所有概念约简。在MTCR算法中,使用多线程的每个阶段的数据相对独立,使得多线程之间不需要频繁的同步操作,从而减少了线程之间的竞争和等待。这样可充分有效地利用计算资源,大大提升算法的性能。UCI数据集和随机数据集上的实验表明:MTCR算法可以准确得到概念约简结果,在使用单线程情况下执行速度与串行概念约简算法SCR相近;当线程数不超过8时,线程数每增加1倍,MTCR算法执行速度可提高30%以上。

基于多线程并行的图像多维混沌加密改进算法

为保证数字图像在传输过程中的安全性以及实时性,基于目前得到广为使用及研究的基于二维广义Arnold映射和三维Liu混沌系统的多维图像加密算法,提出了一种多线程并行的图像加密算法。通过对任意尺寸的图像进行边沿填充,弥补了原算法只能针对方阵图像的问题;通过对图像进行分块,并通过多线程技术对每一个分块进行加密,大大提高了实时性;提出了对原算法代码的进一步优化,提高了图像加解密速度;给出了不同的分块方式以及算法改进对处理速度的影响。

基于多线程并行的动态自适应建表加速算法在气相爆轰模拟中的应用

在带详细化学反应机理的气相爆轰过程数值模拟中,化学反应源项的刚性和非线性会使计算花费大量时间。为了提高化学反应的计算效率同时不降低计算精度,针对包含氢气与氧气详细化学反应机理的二维气相爆轰过程,提出了各线程独自建表和所有线程共有单表两种基于多线程并行的动态自适应建表(ISAT)算法,以取代原始的直接积分(DI),在不损失计算精度的条件下提高计算效率。两种并行算法分别采用了各线程独立建表和所有线程共建单表的方式,以此分析建表方式对计算效率的影响。在此基础上,还分析了建表容差判据和数值格式对计算效率的影响。研究结果表明:基于ISAT的并行算法在所有条件下均能提供与DI结果相当的计算精度,各线程独立建表的计算效率较共建单表的方法有更高的计算效率,其化学反应计算的加速比为2.17~2.43;并行建表算法不仅能够准确地描述二维气相爆轰波的传播过程,还可以提高化学反应流并行计算的计算效率。

基于MAB的PET多线程并行等效建模方法

基于多有源桥(multiple active bridge,MAB)的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)具有“模块化,大规模,高复杂度”的特点,相比与其他基于双端口功率模块的PET拓扑,其电磁暂态加速仿真面临更大的困难。为提高仿真效率与CPU利用率,文中提出一种适用于MAB型PET的并行等效建模方法。首先,根据“变压器端口解耦”的思路,建立PET串行等效模型。然后,利用所提等效方法的高度可并行性,给出等效模型多线程并行仿真框架,并进行并行算法评价与影响因素分析。通过PSCAD/EMTDC仿真验证,所提等效模型能够对详细模型进行多工况高度拟合,串行等效模型加速比可达2~3个数量级。在最优并行线程数下,并行等效模型可实现对串行模型2~3倍的二次加速。

多线程双向并行扫描光栅化硬件加速器

光栅化是图形渲染管线中的关键环节,光栅化加速器是决定图形处理器性能的重要部件。基于重心坐标系的透视校正插值算法,在边函数算法基础上,提出双向四行并行的扫描方式,优化了光栅化算法,提高了图形渲染管线效率。硬件上实现了多线程双向并行扫描的光栅化加速器,验证环境采用20 nmXCVU440平台芯片,综合实现后频率为125 MHz,满足设计需求。

基于数据流和精确定位的多线程行人探测系统

行人防撞警告系统(Pedestrian Collision Warning System,PCWS)是车载主动安全系统的一项主要功能。目前通常的行人检测算法在商用化过程中的主要制约是庞大的计算量导致的低处理帧率。研究了PCWS中的关键技术,综合运用了基于VP评估的空间限制滑动窗口分布、基于数据流的多线程处理流程、基于CENTRIST特征的快速线性SVM分类器、基于直方图交叉核SVM(HIKSVM)的非线性分类器等多种加速技术,达到了实时处理的要求。对于CENTRIST特征不能精确描述对象轮廓所造成的定位不准问题,通过基于高斯权重分布的极大化抑制以及基于外轮廓边缘差异微调包围框尺寸来精确重定位探测框,以满足商用化对测距准确性的要求。

非线性化学胞映射数值解的多线程并发运行实现技术

胞映射方法是一种在离散化相空间中求解、描述和揭示复杂非线性化学动力学系统演化过程、吸引域结构、吸引子形态及其内在规律的有效工具。利用胞映射算法技术 ,在双CPU计算机平台上 ,结合多线程并行计算技术实现了复杂非线性系统演化过程的高效运算 ,较好地解决了大规模运算量与高效计算之间的矛盾 。

蒙特卡洛模拟的并行实现及并行效率研究

蒙特卡罗(MC)模拟广泛用于核工程和核安全计算中,但在较高置信度要求下计算量大、计算周期长,难以满足工程周期要求。通过分析串行算法,针对大型SMP服务器Oracle M9000的结构特点,采用Open MP技术对其进行了并行化和实验计算。结果表明,多线程并行技术适合蒙特卡罗模拟方法和M9000结构体系,能获得极高的加速性能,且并行结果与串行结果完全一致。这为满足工程计算的高置信度、短周期要求提供了解决方案。

多通道组合阵列存储系统结构与并行I/O设计

本文基于开放硬件平台和软件环境提出了一种集成式多通道组合阵列存储系统结构;设计了多个阵列适配卡分条和卡上多个磁盘分条的两级并行数据组织和分布方式,以提高I/O访问的并发性;提出了一种将来自主机的I/O命令并行分散到多个阵列通道上的调度方法。实验表明,在10Gb/s的Infiniband主机接口通道下,组合阵列的I/O性能基本上是多个阵列适配卡I/O带宽的线性叠加。

并行稀疏系统直接求解库SuperLU_MT在状态估计中的应用

利用基于超节点LU分块分解算法、列消去树和多核多线程并行计算原理的并行稀疏系统直接求解库Super LU_MT实现电力系统状态估计,主要在求解迭代方程、不良数据检测辨识环节调用Super LU_MT实现加速。通过对电气与电子工程师协会(IEEE)测试系统以及实际电网算例验证,表明通用的并行稀疏系统直接求解库适用于电力系统状态估计,能够获得较显著的并行计算效果,在多核计算机上缩短了状态估计的计算时间。

非接触式并行连铸方坯在线定尺切割系统研究

针对接触式定尺测量存在的精度低、故障率高等缺陷,基于机器视觉技术,定时进行图像采集、图像预处理以及长度跟踪计算,实时计算出方坯的长度;预设定尺长度到后,工控机发切割信号给PLC,PLC控制切割机将方坯切割成定尺长度.在图像处理算法中,提出了前向轮廓跟踪算法,通过跟踪方坯图像的上边缘像素点,能够准确跟踪到方坯的头部,计算出方坯的长度.应用多线程并行处理技术,节省了程序的运行时间.试运行表明:能够满足连铸方坯定尺的实时性、稳定性和高精度测量要求.