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基于近存储计算的手写数字识别实时检测阵列结构设计

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光电子．激光 2022年第12期33卷 1315-1322页

作者：霍紫晴山蕊冯雅妮高旭冯煜西安邮电大学电子工程学院陕西西安710121

卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)作为传统神经网络的改进,已经得到了广泛的应用。然而,在CNN性能提升的同时其模型的规模不断扩大,对存储及算力的要求越来越高,基于冯·诺依曼体系结构的处理器难以达到令人满意的高处... 详细信息

卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)作为传统神经网络的改进,已经得到了广泛的应用。然而,在CNN性能提升的同时其模型的规模不断扩大,对存储及算力的要求越来越高,基于冯·诺依曼体系结构的处理器难以达到令人满意的高处理性能。为了提升系统性能,近存储计算(near memory computing, NMC)成为了一个具有发展前景的研究方向。本文利用一种支持NMC的可重构阵列处理器实现手写数字识别,并行地实现了卷积运算;同时利用共享缓存阵列结构,减少片外存储的频繁访问。实验结果表明,在110 MHz的工作频率下,执行单个5×5卷积运算的计算速度提升了75.00%,可以在9 960μs内实现一个手写数字的识别。

关键词：卷积神经网络(CNN) 手写数字识别可重构阵列处理器近存储计算(NMC) 共享缓存阵列

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自适应光电混合互连分流结构建模与性能分析

光电子．激光 2022年第5期33卷 521-528页

作者：惠超蒋林山蕊杨博文罗佳莹冯煜西安邮电大学电子工程学院陕西西安710121 西安科技大学集成电路实验室陕西西安710054

针对片上光电混合互连网络(hybrid optoelectronic network-on-chip,HONoC)拥塞控制与自适应能力差、无法实现光电联合仿真等问题,提出一种适用于可重构阵列处理器的自适应光电混合互连分流结构,在此结构上设计了自适应分流路由算法与... 详细信息

针对片上光电混合互连网络(hybrid optoelectronic network-on-chip,HONoC)拥塞控制与自适应能力差、无法实现光电联合仿真等问题,提出一种适用于可重构阵列处理器的自适应光电混合互连分流结构,在此结构上设计了自适应分流路由算法与一种低损耗无阻塞的5端口光路由器,并搭建了基于System verilog与Verilog的光电混合互连功能仿真与性能统计模型。实验结果表明,在边缘节点阻塞的情况下所设计的路由算法避免拥塞能力平均提升了17.5%,光路由器所需交叉波导与微环谐振器数量大幅减少,平均光路由器级插入损耗仅为0.522 dB,所设计的光电混合互连性能统计模型具有支持设计拓扑、结构和路由策略等功能,并且可以对资源使用、功耗开销、插入损耗等性能进行统计分析。

关键词：片上光电混合互连电配置路由器分流结构光路由器性能分析

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自适应二进制算术编码的动态可重构实现研究

电子测量技术 2022年第19期45卷 50-55页

作者：刘尧蒋林李远成山蕊西安科技大学电气与控制工程学院西安710600 西安科技大学计算机科学与技术学院西安710600 西安邮电大学电子工程学院西安710121

针对H.266/VVC视频编码标准下的上下文自适应二进制算术编码器编码速度慢、资源开销大的问题,面向可重构结构依据算法的内在并行特性优化了编码架构,并基于动态可重构阵列处理器设计实现了CABAC编码器常规编码模式下的并行映射方法,阵... 详细信息

针对H.266/VVC视频编码标准下的上下文自适应二进制算术编码器编码速度慢、资源开销大的问题,面向可重构结构依据算法的内在并行特性优化了编码架构,并基于动态可重构阵列处理器设计实现了CABAC编码器常规编码模式下的并行映射方法,阵列结构能够根据编码输入对优化后的算法进行动态重构,在避免专用硬件编码器较高的资源开销情况下利用软件重构的方法实现熵编码过程,保证编码准确性的同时提高了视频数据流编码效率,为此类运算密集型算法的硬件实现提供了更为灵活高效的参考途径。仿真结果表明,映射实现的编码过程中每个编码周期完成5个二进制序列的编码,平均编码效率达到384.13 Mbin/s。基于FPGA的测试结果表明,软件重构方法与专用硬件实现的编码器相比,资源开销降低且编码效率提升5.47%,与同类型可重构视频编码结构相比,编码效率提升7.03%。

关键词：可重构计算自适应二进制算术编码并行映射阵列处理器熵编码

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面向阵列处理器的分布式共享存储结构设计

北京邮电大学学报 2017年第4期40卷 9-15页

作者：山蕊沈绪榜蒋林朱筠宋辉西安电子科技大学微电子学院西安710071 西安邮电大学电子工程学院西安710121

为了缓解随处理器核数增多而被激化的"存储墙"问题,提出了局部高速交叉互连、全局片上网络互连的两级混合互连网络结构,设计了支持统一编址方式的数据传送机制.在现场可编程门阵列上实现了2种规模的存储结构,对面积、时序和功耗进行统计... 详细信息

为了缓解随处理器核数增多而被激化的"存储墙"问题,提出了局部高速交叉互连、全局片上网络互连的两级混合互连网络结构,设计了支持统一编址方式的数据传送机制.在现场可编程门阵列上实现了2种规模的存储结构,对面积、时序和功耗进行统计.基于System C开发了混合仿真平台,仿真结果表明,所提结构具有较高的存储访问带宽和较低的局部数据访问延迟.

关键词：阵列处理器存储结构片上网络分布式存储统一编址

基于阵列处理器的最小均方误差检测算法并行设计与实现

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计算机应用 2022年第5期42卷 1524-1530页

作者：刘帅蒋林李远成山蕊朱育琳王欣西安科技大学通信与信息工程学院西安710054 西安科技大学计算机科学与技术学院西安710054 西安邮电大学电子工程学院西安710121 西安科技大学电气与控制工程学院西安710054

针对大规模多输入多输出(MIMO)系统中,最小均方误差(MMSE)检测算法在可重构阵列结构上适应性差、计算复杂度高和运算效率低的问题,基于项目组开发的可重构阵列处理器,提出了一种基于MMSE算法的并行映射方法。首先,利用Gram矩阵计算时较... 详细信息

针对大规模多输入多输出(MIMO)系统中,最小均方误差(MMSE)检测算法在可重构阵列结构上适应性差、计算复杂度高和运算效率低的问题,基于项目组开发的可重构阵列处理器,提出了一种基于MMSE算法的并行映射方法。首先,利用Gram矩阵计算时较为简单的数据依赖关系,设计时间上和空间上可以高度并行的流水线加速方案;其次,根据MMSE算法中Gram矩阵计算和匹配滤波计算模块相对独立的特点,设计模块化并行映射方案;最后,基于Xilinx Virtex-6开发板对映射方案进行实现并统计其性能。实验结果表明,该方法在MIMO规模为128×4、128×8和128×16的正交相移键控(QPSK)上行链路中,加速比分别2.80、4.04和5.57;在128×16的大规模MIMO系统中,可重构阵列处理器比专用硬件减少了42.6%的资源消耗。

关键词：大规模多输入多输出最小均方误差算法并行映射阵列处理器可重构

视频阵列处理器HEVC去块滤波算法动态重构实现

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计算机工程与设计 2023年第3期44卷 836-844页

作者：夏馨缘山蕊杨坤崔馨月姬申涛西安邮电大学电子工程学院陕西西安710121 西安邮电大学计算机学院陕西西安710121

去块滤波算法是高效视频编码标准(high-efficiency video coding,HEVC)的重要组成部分,专用硬件实现的去块滤波电路结构难以满足不断革新的算法需求,可重构计算兼具计算高效性和编程灵活性成为研究热点。基于指令流与数据流混合驱动可... 详细信息

去块滤波算法是高效视频编码标准(high-efficiency video coding,HEVC)的重要组成部分,专用硬件实现的去块滤波电路结构难以满足不断革新的算法需求,可重构计算兼具计算高效性和编程灵活性成为研究热点。基于指令流与数据流混合驱动可重构视频阵列处理器(reconfigurable video array processor,RVAP),提出一种可重构的HEVC编码去块滤波电路的并行化实现方法,依据数据流图分析实现去块滤波算法的最大化并行,提高计算效率;通过强/弱滤波方式的灵活切换,提高计算资源利用率。实验结果表明,所提方法在满足算法灵活切换和计算速度要求的同时,硬件资源减少了47.6%,时钟频率达167 MHz。

关键词：动态可重构阵列处理器高效视频编码去块滤波并行映射混合驱动资源利用率

基于亚胺键的刚柔嵌段动态超分子聚集体的构筑

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基于亚胺键的刚柔嵌段动态超分子聚集体的构筑

作者：山蕊延边大学

学位级别：硕士

超分子化学是研究两个或两个以上的分子由一种或多种作用力驱动自发的从无序到有序排列或聚集的过程,这一过程能够形成具有一定几何规则的稳定结构,并且通常是动态平衡的。超分子自组装的驱动力包括非共价相互作用如氢键作用、π-π堆... 详细信息

超分子化学是研究两个或两个以上的分子由一种或多种作用力驱动自发的从无序到有序排列或聚集的过程,这一过程能够形成具有一定几何规则的稳定结构,并且通常是动态平衡的。超分子自组装的驱动力包括非共价相互作用如氢键作用、π-π堆积作用、金属-配位作用、范德华力、偶极-偶极相互作用、亲疏水作用、主客体作用、静电作用等等[1-2]。随着超分子化学的发展,动态共价化学由于其同样具有动态可逆的特征且作用力比非共价键相互作用更强而受到广泛关注。利用动态共价化学为人们构筑新型刺激响应型材料、自愈型水凝胶、以及应用在药物传递方面的纳米囊泡等提供又一可行途径。动态亚胺键由于其反应副产物较少这一特点受到广泛关注,但其在水溶液中易发生水解。因此构筑能够在水溶液中稳定存在的亚胺键,这对其在生命体系中实现功能至关重要。在本篇论文中我们成功设计并合成由芳醛为刚棒部分、以聚乙二醇（PEO）链为柔性部分的两亲性刚棒-线团单体分子A1、B1,它们分别与联苯二胺在不同的pH条件下反应得到含有动态亚胺键的聚合物TMa、TMb系列,通过核磁氢谱（1H-NMR）、飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）、全反射红外光谱（ATR-IR）对其进行初步表征,确认在强酸性条件下亚胺键发生水解,不能稳定存在;在弱酸及碱性环境下,醛基和氨基发生反应生成亚胺键,并且其比例有所增加。随后,利用紫外-荧光光谱（UV-FL）、圆二色谱（CD）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等手段研究亚胺键的形成对其在稀溶液中发生的自组装行为的影响,实验结果表明,在稀溶液中,单体分子自组装为短的纳米管状结构或卷曲的片状结构,酸性条件下,其在稀溶液中的组装体仍保留纳米管状结构;在弱酸及碱性环境中,增大反应条件的pH,生成的亚胺键的比例有所增加,其组装体由短的纳米管状结构或卷曲的片状结构向纳米片状结构转变。由于亚胺键比例的增加,聚合物共轭单元增大,使其聚合物结构趋于平面化,π-π堆积作用增强,有利于形成纳米片状结构。降低pH至酸性时,DLS结果表明,自组装聚集体尺寸发生动态可逆变化。

关键词：亚胺键动态共价键动态可逆刚柔嵌段分子自组装

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PTN存储转发及调度关键技术研究与实现

PTN存储转发及调度关键技术研究与实现

作者：山蕊西安邮电学院

学位级别：硕士

随着互连网的高速发展及多种新业务的出现,存储转发和调度技术面临着提高转发速率、扩大吞吐量和提供有保证的服务等压力。在宏观计算机网络中,数据交换量的进一步增加,使得存储转发技术成为了限制网络发展的瓶颈问题。同时,在片上网络... 详细信息

随着互连网的高速发展及多种新业务的出现,存储转发和调度技术面临着提高转发速率、扩大吞吐量和提供有保证的服务等压力。在宏观计算机网络中,数据交换量的进一步增加,使得存储转发技术成为了限制网络发展的瓶颈问题。同时,在片上网络中,互连IP核数目的增加以及不同IP核之间进行通信,要求提供不同优先级别的服务,对片上网络中的存储转发和调度技术也提出了更高要求。本文在分析现有存储转发和调度技术的基础上,从分组传输网(Packet Transport Network, PTN)和片上网络(Network on Chip, NoC)两个方面对存储转发和调度技术进行了深入的研究。首先,根据PTN网络中大存储容量、高转发速率和能够提供多种数据流业务的要求,设计了一种基于输出端口排队的链表式队列管理电路。队列管理电路中的每个输出端口具有多个优先级别的队列,以满足不同业务的不同服务质量要求。同时,每个队列所占用的存储资源随着存储的包描述个数而实时的变化,极大的提高了存储器的利用率。在synopsys的DC综合工具上,对电路进行了综合,综合时序为195MHz、面积为29万逻辑门(不包含存储器面积)。为了实现仿真结果的自动比较,构建了队列管理单元参考设计模型(queue management unit reference model, QMURM),并应用在队列管理电路的功能仿真验证中,很大程度上提高了功能覆盖率和仿真效率。其次,为了满足片上网络对虚通道路由器低延迟和高速率的要求,设计了一种新的低延迟虚通道路由器。虚通道(VC)分配和交换分配采用了预测分配机制和快速分配机制,使得能够同时进行VC请求和交换请求,并且在接收到请求时,可以根据上一时刻预先计算的结果立即做出响应。同时,论文在虚通道路由器设计中,研究并实现了预先路由机制。这些机制保证虚通道路由器能够在单个时钟节拍内完成存储转发工作,与传统的流水线结构相比较,极大降低了转发延迟。在体系结构优化的基础上,又通过对虚通道路由器关键路径的分析和优化,使其达到了较高的工作频率。电路在SMIC0.13um Mixed-signal/RF1.2V/3.3V工艺下进行流片。在300MHz工作频率下,对芯片进行了测试,并分析了测试结果。最后,为了提高功能验证效率、缩短仿真时间,设计了一种具有层次的可重用验证平台,该平台能够产生各种随机、定向、错误测试向量,并提供代码和功能覆盖率计算。同时,采用了一套十分有效的算法来产生激励和真实的模拟高速路由器的端口的速率。与传统的验证技术相比,本文所设计的验证平台提高了验证效率,缩短了设计周期,有利于对被测模型进行完备验证。

关键词：存储转发队列管理路由器片上网络验证平台

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一种通用片上网络适配器的设计与实现

微电子学与计算机 2011年第3期28卷 161-164页

作者：山蕊蒋林李平西安邮电学院计算机学院陕西西安710061 西安邮电学院电子工程学院陕西西安710061

随着片上网络的结构和方法的提出,迫切需要一种接口电路来实现处理器,计算单元或者IP核与片上网络之间的通信.文中研究了不同时钟域之间进行数据传送的通信协议,详述了一种应用于片上网络的通用网络适配器的设计方法,并在Altera的strati... 详细信息

随着片上网络的结构和方法的提出,迫切需要一种接口电路来实现处理器,计算单元或者IP核与片上网络之间的通信.文中研究了不同时钟域之间进行数据传送的通信协议,详述了一种应用于片上网络的通用网络适配器的设计方法,并在Altera的stratixⅢ系列FPGA开发板上进行了验证.

关键词：片上网络网络适配器 FPGA 异步电路