电力系统并行计算综述

现代互联电力系统的规模越来越大,元件的模型也越来越精细,利用高性能计算硬件进行电力系统分析和计算也越来越普遍。针对电力系统并行计算的算法、硬件和典型应用方面的国内外研究文献,进行了分类归纳,并展望了未来电力系统并行计算领域潜在的研究点,为电力系统并行计算的学者提供参考。。

一种综合航电系统并行测试资源优化配置方法

针对在综合航空电子系统中采用并行测试技术带来的测试资源优化配置问题,建立了测试任务的时间Petri网模型,并提出了最短测试时间和测试主路径的定义,利用Petri网可达标识图分析方法,在得出最短测试时间的基础上,提出了2种综合航电系统并行测试资源优化配置方案:单套测试设备的最小测试资源集和可重构测试设备的最小测试资源集,为综合航电系统的并行测试提供了理论参考依据。通过实例分析证明,这种方法具有很好的实用性,能够在并行测试过程中合理配置测试资源并提高测试效率。

基于时延Petri网和人工蜂群算法的航电系统并行测试研究

航电系统的复杂程度日益提高,传统的人工检测维护手段已经无法满足现代化装备的支持保障要求,自动测试系统(ATS)正逐步成为复杂系统与设备可靠运行的必要保证,而并行测试是下一代自动测试系统(ATS,automatic test system)的关键技术之一。以并行测试技术为基础,在时延Petri网的基础上,对航电系统测试任务进行建模,并采用人工蜂群算法对Petri网的变迁序列寻求最优解,找到测试时间最短的变迁序列。仿真结果表明,该算法能够快速准确地得到最优的测试方案。

选煤厂并行带式输送机运转系统煤尘污染规律研究

为了解决选煤厂并行带式输送机运转系统粉尘污染问题,使用k-ε湍流模型和COMSOL软件,建立了黄玉川选煤厂并行带式输送机运转系统数值模型,计算获得了其风流的分布规律;分析诱导气流及走廊风速对其风流场的影响,确定了选煤厂并行带式输送机运转系统粉尘污染的风流影响机理。研究表明:走廊风速大小直接决定系统风流场的流速,走廊风速越大整个系统风流速度越大;诱导气流的大小决定风流场为单涡流风流场、双涡流风流场或无涡流风流场。针对性的提出方案减少因产生涡流导致粉尘污染严重的问题,设计针对性湿式降尘方案,并在黄玉川选煤厂安装使用,车间内全尘及呼尘降尘效率均达到90%以上。

基于卫星数字并行系统的星座成像调度方法

遥感卫星星座成像调度是指通过调度和分配可用的卫星观测资源,对多个地面目标点进行成像.为了使成像调度方案满足任务需求并具有最优任务效能,通常将星座成像调度问题描述为含有多种约束的优化问题.本文提出一种卫星数字并行系统,模拟在轨卫星星座运行及控制过程.在系统中建立模拟GNC分系统、数管分系统、测控分系统功能的数字孪生卫星,接收并执行真实卫星控制指令,并以遥测数据的形式反映卫星姿态和轨道控制过程.考虑卫星多目标成像中的能量、时间窗口、光照及气象条件约束,以目标点重访时间为优化指标,将星座成像调度问题建模为一类带有约束的优化问题.通过卫星数字并行系统的加速仿真得到多目标成像序列的可行解集,并通过求解优化问题,得到多目标点重访频率最高的星座成像调度方案.仿真结果表明,本文提出的方法解决了星座成像调度中的目标分配问题,采用的数字孪生卫星模型能够真实模拟卫星姿轨控过程,从而保证该方法在星座成像任务中更具可行性和时效性.

面向国产异构DCU平台的大规模并行矩量法研究

面向国产异构众核处理器超级计算机发展趋势,实现了基于CPU+DCU国产异构并行系统的大规模并行高阶矩量法。在同构并行矩量法负载均衡策略的基础上,提出了一种“MPI+openMP+DCU”的高效异构并行编程框架,解决了计算任务与计算能力不匹配的问题,实现了矩量法异构并行计算过程的负载均衡。采用细粒度任务划分策略与异步通信技术,对深度计算处理器计算过程进行了流水线优化设计,实现了计算与通信重叠,提升了矩量法异构协同计算的效率。通过与有限元法的仿真结果对比,验证了CPU+DCU异构并行矩量法的准确性。基于国产深度计算处理器异构平台的可扩展性分析结果表明,与单纯CPU计算相比,所实现的CPU+DCU异构协同计算方法能够获得5.5~7.0倍的加速效果,且在国家超级计算西安中心能够实现全系统运行,并行规模从360节点扩展到3 600节点(共1 036 800个处理器核心),并行效率可以达到约73.5%。

PB级地震数据并行计算系统调优最佳实践

随着地震勘探采集力度加大,地震数据的体量更是达到了新的高度,同时也使得地震数据的处理规模和处理周期线性增长,对软硬件系统设备在计算特征、计算需求、计算性能等方面提出了更高的要求,对资源利用率性能要求也水涨船高。针对这些问题,结合实际生产环境,提出了一套系统化的解决方案,通过地震数据的计算特征,设计开发布控了一套能处理PB级地震数据体量的系统结构和高并行处理模式;在计算需求方面,对系统和软件性能进行了统一优化,提高了资源利用率,整个解决方案不仅能够满足PB级地震数据的高并发的处理需求,还具有良好的经济性、可扩展性,在对实际推广使用大规模集群体系结构有很好的参考价值。

基于机器学习的大规模并行计算机系统硬件故障检测分析

作为多个领域重要的生产工具,计算机若出现硬件故障,则会直接影响其工作状态,因此需要对这方面开展详细研究。文章首先将大规模并行计算机系统硬件故障检测作为研究对象,构建硬件故障检测模型,再探究硬件故障分析原理与特征选择过程,提出几种常见的基于机器学习的故障检测算法,最后对不同故障检测算法的实验结果进行详细分析,旨在提升大规模并行计算机系统硬件故障检测效率,助力相关领域的发展。

基于4×DSP的并行图像处理系统

在简要分析了当代几种典型的并行处理系统结构后,提出使用4颗TI公司高端数字信号处理器-TMS320C6416构建一种新型的并行图像处理系统。该系统通过一个同步四口SRAM和PCI总线构成互连结构,兼有紧耦合并行系统和松耦合并行系统的优点。然后,在所设计的并行硬件平台上,通过理论计算和实际的图像处理算法给出了包括点对点通信开销、加速比等在内的并行系统性能指标。最后,针对系统的性能瓶颈,进一步给出了提高系统性能的一些建议。

多源定量遥感产品并行处理系统设计及实现

针对遥感数据非结构化、有格式、单景数据量大、记录总量小、大部分处理过程后数据量不显著减少的特点和大规模遥感数据处理的迫切需求,基于已有硬件资源,设计和实现了集中式集群计算的多源定量遥感产品生产系统。系统为解决遥感科学工作者设计开发的算法进行并行计算的问题以及大规模数据管理的需求,设计了基于任务并行的处理系统和面向应用的并行文件系统。系统集成了遥感科学工作者开发的30多种原始数据的预处理算法和50多种多源定量遥感产品生产算法,解决了多源定量遥感产品规模化流程化按需生产的难题,并进行了产品生产,证明了系统在管理和处理大规模遥感数据时的可靠性和有效性。

基于区域分解算法的岩土大规模高性能并行有限元系统研究

岩土工程规模大,加上岩土介质复杂的特性,使得当前有限元数值模拟在时间和精确度上很难达到工程要求。研究了在普通 PC 机群上实现的大规模并行有限元方法,以更好地发挥有限元在岩土工程中的应用。组建了Windows 下 PC 机群并行系统。采用“分而治之”的并行策略实现有限元并行,并实现了存储局部化。采用基于区域分解预处理技术的并行共轭梯度法来实现方程组的求解。集成以上方法,用 C++开发了并行有限元程序ParallelGeoFEM。对水布垭地下厂房进行了三维有限元并行模拟,得到了较好的加速比。结果表明,基于区域分解的并行有限元方法可以实现岩土工程大规模快速精细的模拟。

DSP并行系统的并行粒子群优化目标跟踪

针对串行粒子群优化(Particle Swarm Optimizer,PSO)算法存在计算量大、速度慢的问题,给出了一种基于数字信号处理(DSP)并行系统的并行PSO跟踪算法。在研制的4DSP并行系统上,采用基于消息传递模型及单种群的Master-Slave模式设计实现了并行PSO跟踪算法。用DSP-A实现初始化设置,其它3个DSP并行计算每个粒子的适应值。最后,由DSP-A比较每个粒子的适应值与其个体极值的优劣,选择较好的个体极值和整个种群的最优解,更新每个粒子的位置与速度。利用该系统采集实际序列图像进行了算法仿真验证,其加速比为2.525,效率为63.13%,该算法为全局优化大规模目标跟踪工程的实现提供了一个新的选择。

多DSP图像压缩实时并行处理系统

针对图像实时高速压缩、传输的需求,设计了一套新型的多DSP图像压缩实时并行处理系统。选择整数CDF(2,2)双正交小波变换结合改进的SPIHT算法作为系统的实现方案,利用整数CDF(2,2)双正交小波变换实现图像变换,提高了运算速度,便于硬件实现。根据各个子图像的不同特点,改变扫描路线,采用四路并行分块处理的方法对SPIHT算法加以改进,提高编码速度,降低了编解码过程的运算复杂度和时间消耗。根据系统的实时性要求,使用四片DSP处理器构建了一个兼有紧耦合并行系统和松耦合并行系统优点的图像压缩实时并行处理系统。仿真实验表明,基于并行系统的图像压缩算法与传统的压缩算法相比,压缩的峰值信噪比(PSNR)提高了10%左右,压缩时间达到30 ms。

程序自动并行化系统

有效的自动并行化系统能帮助用户充分地利用并行计算机资源．本文介绍了自动并行化的历史及现状，并着重介绍了作者所开发的自动并行化系统ＡＦＴ（ａｕｔｏｍａｔｉｃＦｏｒｔｒａｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）及其特色和所用的关键技术．测试结果表明ＡＦＴ系统在功能上已超越了传统的自动并行化系统．

DSP并行系统设计方法研究

以TI公司的TMS3 2 0C40和AD公司SHARC处理器为例 ,对多DSP并行系统设计中处理单元的选择、并行结构以及处理任务的分配等问题进行了讨论 ,并针对并行处理设计中一些难点问题 ,借鉴国外多DSP板级产品的结构 ,寻求了一些相应的解决办法。

SimHPC:一种基于执行驱动的大规模并行系统模拟器

模拟实验方法对高性能计算机系统的性能评价和优化设计有着重要的意义,然而由于目标系统规模庞大,传统的体系结构模拟器难以满足模拟性能方面的要求.文中提出了一种专门用于高性能计算系统的模拟器——SimHPC,该模拟器采用执行驱动的全系统模拟方法,支持操作系统和应用程序的模拟运行.通过采用与目标系统同构的节点作为宿主节点以及并行模拟的方法,使得模拟性能相比传统的体系结构模拟器大幅提高,与现有的几种大规模并行系统模拟器相比,SimHPC在通用性和模拟性能方面也具有一定的优势.

基于NAND FLASH的多路并行存储系统中坏块策略的研究

大规模固态闪存系统可以引入多路并行技术来支持高速数据传输,但随着闪存存储容量增加也需要采取有效的坏块处理机制来解决严重的坏块访存问题.面向NAND FLASH多路并行固态存储系统,提出了一种高效坏块管理策略,采取并行存储坏块编码技术来节约坏块表存储空间,减少坏块处理功耗,同时采取坏块表重构处理技术有效解决了系统中的同位置坏块难题.针对四路并行的NAND FLASH存储系统,实验结果表明:该策略节约了25%的坏块表RAM存储空间,提高了约1.5倍的查询效率,降低了约30%的坏块处理功耗,并对并行存储数量具有良好的可扩展性.

电动汽车电液并行制动系统研究

在对传统汽车液压制动系统进行适当改造的基础上,提出了一种适合于电动汽车使用的电液并行制动系统结构,并设计了相应的并行制动力分配方案。鉴于施加再生制动力引起制动稳定性的变化,通过整车的仿真分析,提出了系统改进的技术方案。最后用台架试验对系统的可行性和有效性进行验证。

印刷电路板大型并行系统的表面贴装调度优化及其实证研究

研究了印刷电路板(PCB)表面贴装大型并行系统(JUKI FX-1)的生产调度优化问题。将该问题分解成吸嘴分配、供料器配置和元器件贴装顺序三个子问题。针对这些子问题解的特征,分别设计了聚类分析算法、顺序遍历算法、组合取贴集合指派算法,并依据其在整个贴装优化问题中的内在联系进行了有机集成。基于实际生产数据进行了一系列的计算实验,结果表明所提出的模型及算法得到的调度方案比机器自带的生产软件得到的调度方案具有更高的贴装效率。

实时图像处理并行操作系统的微内核设计和实现

本文主要设计和实现了运行在数字信号处理器阵列上支持中高层图像处理的实时图像处理并行操作系统（ＲＴＩＰＰＯＳ）微内核．该内核提供了任务分解模型，并发进程管理，支持局部消息传递、同步，设计了快速共享消息传递方式和其它辅助性能，内核原语支持ＰＯＳＩＸ系统调用的Ｃ语言接口和抽象级的用户封装，有行为的高效性和预测性．