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基于访存特征分析的GPU程序数据布局及性能优化技术研究

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基于访存特征分析的GPU程序数据布局及性能优化技术研究

作者：赵彦博山东大学

学位级别：硕士

近年以来,随着半导体行业工艺与材料学的前沿发展的大幅推进,芯片的计算性能在短时间以内获得了极大的提升,传统计算需求如流体力学模拟与新兴计算需求如人工智能模型训练与推理等都受益于芯片性能的大幅度提升。NVIDIA与AMD、Intel、Xi... 详细信息

近年以来,随着半导体行业工艺与材料学的前沿发展的大幅推进,芯片的计算性能在短时间以内获得了极大的提升,传统计算需求如流体力学模拟与新兴计算需求如人工智能模型训练与推理等都受益于芯片性能的大幅度提升。NVIDIA与AMD、Intel、Xilinx等诸多厂商与开源社区也对各种芯片的驱动软件与上层工业软件进行了长期的开发与优化使得普通开发人员使用各种芯片进行计算加速不再艰难,如CUDA,HIP,OpenCL,OpenMP,MKL等计算库。但是如何更好地编写GPGPU程序已经成为了目前最主要的挑战,而如cuDNN,cuBlas等将计算需求高度封装并优化开发的GPU加速库则会带来程序开发的灵活性上的问题。如今业界的程序性能分析工具大多由NVIDIA公司开发,如Nvprof、nvvp等工具;为了更加精确地在新架构下分析程序具体在每种硬件中的执行情况,NVIDIA开发了 Nsight系列程序性能分析套件,如Nsight Compute、Nsight System等。而为了方便程序员进行更加深度的性能分析,NVIDIA也在驱动层面开放了许许多多的二进制分析库,如NVbit,CUDA Sanitizer等工具;为程序员更加精细的对程序性能进行优化提供了理论与实践的基础。广大的GPGPU体系结构研究人员则基于上述的工具基础开发了许多的第三方程序性能分析工具,如HPCtoolkit与GVProf等。本篇论文主要分为两个GPGPU的性能优化方向:一为CUDA程序指令与GPU计算架构的协同设计与优化,主要表现为一个基于Nsight Compute提供的程序性能报告与NVIDIA官方手册提供的具体GPU架构信息综合而成的程序计算性能优化方案;二为CUDA程序访存特征与GPU存储架构的协同设计与优化,主要手段是通过CUDA sanitizer API 提供的 kernel memory 信息结合 HPCtoolkit 与 GVProf 等 profiling 工具获取并分析CUDA程序的访存特征,然后根据具体的GPU存储架构与GPU存储详细实现信息进行GPU的Cache系统的性能建模,且使用Sampling等方案进行访存方案特征检测的Overhead优化,最终使用Ampere架构下NVIDIA提供的高速缓存持久化接口对所有SM共享的L2高速缓存进行数据布局方案探索。本篇论文主要使用了 Rodinia、PolybenchGPU等性能测试套件与CUDA SDK以及CUDA Best Practices Guide等提供的程序进行实验验证,结果表明通过指令方面的优化可以使程序性能在RTX3090与Jetson Xavier中获得1.5x-36x的执行时间加速;通过访存方面的优化在RTX3090中获得了 5%-50%的存储读写流量降低,也验证了本文提出的数据布局与性能优化框架的有效性。

关键词：异构计算程序性能分析高速缓存存储结构 GPGPU

分级结构α-Fe2O3材料及其复合材料的制备和气敏性能研究

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分级结构α-Fe2O3材料及其复合材料的制备和气敏性能研究

作者：赵彦博西北大学

学位级别：硕士

快速的工业化发展为人类生活的空气环境带来了许多不可忽视的安全隐患,使得作为检测有害气体的气敏传感器受到了广泛的关注。因此,开发具有低成本、快响应、高选择性、良好的稳定性和可重复性的气敏材料尤为重要。本论文以成本较低的α-... 详细信息

快速的工业化发展为人类生活的空气环境带来了许多不可忽视的安全隐患,使得作为检测有害气体的气敏传感器受到了广泛的关注。因此,开发具有低成本、快响应、高选择性、良好的稳定性和可重复性的气敏材料尤为重要。本论文以成本较低的α-FeO材料为基础,通过简便的溶剂热法成功制备了两种分级结构的α-FeO材料,探索制备工艺对产物结构和气敏性能的影响,分析结构优化提升材料气敏性能的机理;进而制备了α-FeO/ZnO复合材料,探究复合物中不同铁离子和锌离子的比例对产物结构和性能的影响,研究复合材料提升气敏性能的机理。(1)通过溶剂热法制备了颗粒组装分级结构的立方体形貌α-FeO材料。结果显示设置温度为160℃、时间14 h、反应物浓度为0.25 mol/L的工艺条件下制备的产物气敏性能较好,在250℃时对乙醇气体具有良好的选择性,气体浓度为100 ppm时其灵敏度为11.7,响应/恢复时间为46 s和61 s。其分级组装的形式为材料提供了疏松多孔的表面结构,具有比聚集结构的同种材料更好的气敏响应能力。(2)使用溶剂热法成功制备了纳米片组装分级结构的花状形貌α-FeO材料。实验结果显示,在反应时间8 h,反应物浓度为0.02 mol/L的工艺条件下制备的产物气敏性能较好,在120℃时对NO气体具有出色的选择性,浓度为100 ppm时其灵敏度为34.5,响应/恢复时间为24 s和19 s。此纳米片组装分级结构使材料具有独特的松散内部结构,便于目标气体向材料内部输送,提高材料的气敏利用率。(3)以溶剂热法成功制备了ZnO纳米颗粒分散包覆于立方体分级结构α-FeO表面的α-FeO/ZnO复合材料。实验结果证实,在铁锌离子比例为2:1条件下制备的α-FeO/ZnO复合材料的气敏性能较好,在275℃时对100ppm浓度的乙醇气体的灵敏度为27.6,较原有α-FeO单体提升了2.4倍;响应时间约为7 s,恢复时间为19s,与α-FeO单体材料相比分别缩短了6.5倍和3.2倍。其气敏性能的提升主要来自α-FeO和ZnO构筑的n-n型异质结构,有效增加了材料表面吸附氧离子的数目,同时ZnO的分散包覆在结构上也保持了分级结构材料的气敏优势,为高灵敏气敏传感器的研制提供了理论依据和可靠的数据。

关键词： α-Fe2O3 气敏材料分级结构复合材料异质结

基于CNN-BiLSTM的已实现波动率预测与分析研究

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基于CNN-BiLSTM的已实现波动率预测与分析研究

作者：赵彦博东北财经大学

学位级别：硕士

预测金融市场相关金融资产的波动性,对于决定未来资产的变动方向、降低决策风险以及投资组合的优化至关重要。然而,由于波动率数据极其复杂,存在高度的非线性和时间变异性等特征,同时这些特征又显著地提高了波动率预测的难度,导致波动... 详细信息

预测金融市场相关金融资产的波动性,对于决定未来资产的变动方向、降低决策风险以及投资组合的优化至关重要。然而,由于波动率数据极其复杂,存在高度的非线性和时间变异性等特征,同时这些特征又显著地提高了波动率预测的难度,导致波动率预测仍然是一个困难、具有挑战性的工作。因此,准确、可靠的预测波动率不仅有利于金融市场相关人员事先掌握波动率的变动情况、及时控制收益率回撤风险、降低投资风险,同时也有助于稳定金融市场的运行、完善金融市场的管理、降低金融市场风险以及防止因金融市场的随机波动而造成相应的损失。近年来,国内外学者对波动率的预测进行了深入研究以及提出了大量的应用模型,并且取得了一定的成果和进展。传统的预测模型虽然容易操作,但存在预测精度低、模型不稳定的缺点,难以准确的拟合波动率的变动趋势,而且大多数模型选取的是低频数据来预测未来股票的波动性,这会直接导致大量交易信息的丢失,降低预测精度。相比之下,由于深度学习以在不依赖先验知识的情况下从大量原始数据中提取高级抽象特征而著称,因此基于深度学习的高频数据的波动率预测模型能够显著地提高其预测性能和鲁棒性,受到了广泛关注。然而深度学习在金融市场的发展还有待提高,相关的预测模型较少,因此深度学习是解决波动率预测问题的一种新颖的方法。本文通过将两种深度学习方法,即卷积神经网络(CNN)和双向长短期记忆网络(BiLSTM)结合起来对金融高频已实现波动率数据进行预测。一方面金融高频数据可以充分利用已知信息来了解市场的变动情况、解释金融市场的微观特征,而且其预测结果也优于以低频数据为基础的波动率。另一方面卷积神经网络的卷积层能够挖掘时间序列数据的深层特征,同时双向长短期记忆网络能够准确地预测和刻画波动率的变动方向和走势。因此本文选取2006年至2018年12年的5分钟沪深300指数数据进行实证分析,同时为了评价模型的预测性能和鲁棒性,分别引入了确定性分析的7个评价指标和6个对比模型、不确定分析的4个评价指标和4个对比模型以及假设检验进行综合评价。研究结果表明,进行确定性分析时,与常规的统计学模型(ARIMA、GARCH)和单一神经网络模型(LSTM、RNN、BP)相比,该模型在预测精度上优于基准模型,即较低的预测误差和较强的鲁棒性,并且能够准确地刻画波动率走势方向,取得了优异、稳定的预测结果。同时进行不确定分析时,本文提出的预测模型在区间预测中均优于其他对比模型,在给定的显著性水平下,可以有效地提高预测区间水平。本文提出的已实现波动率预测模型不仅可以提高波动率预测结果的准确性和稳定性,降低预测误差,同时还有利于金融市场的完善和发展。本文的创新点主要包括:第一利用深度学习的方法提出了一种新颖且稳健的高频数据已实现波动率的预测模型,为波动率预测提供了一种新的可行性选择;第二,本文利用卷积神经网络的卷积层挖掘波动率数据内在的深层特征;第三,以往的波动率预测研究多集中于确定性预测而忽视了不确定性预测的重要性,因此本文建立了已实现波动率不确定性预测模型和对比模型,最终实现了已实现波动率的有效不确定性预测;第四,构建科学合理地评价体系检验本文提出的预测模型,为波动率预测领域提供了新的思路。

关键词：深度学习已实现波动率卷积神经网络长短期记忆网络沪深300指数

甘肃庄浪县云崖寺石窟明代彩塑制作工艺与材料分析研究——以6号窟、7号窟为例

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光谱学与光谱分析 2023年第5期43卷 1501-1507页

作者：李博北京国文琰文物保护发展有限公司北京100029

甘肃省是我国石窟寺分布最为广泛的区域之一,且多文明于世界。云崖寺位于庄浪县,初兴于北魏,发展于北周,繁荣于明代,是陇东地区极为重要的石窟。此处明代彩塑在石窟中独树一帜,因文物价值高、造型精美、保存完整而备受关注,对研究佛教... 详细信息

甘肃省是我国石窟寺分布最为广泛的区域之一,且多文明于世界。云崖寺位于庄浪县,初兴于北魏,发展于北周,繁荣于明代,是陇东地区极为重要的石窟。此处明代彩塑在石窟中独树一帜,因文物价值高、造型精美、保存完整而备受关注,对研究佛教艺术具有极为重要的价值。以云崖寺石窟6号窟和7号窟彩塑为研究对象,综合运用可见光摄影、红外摄影、超景深显微镜(OM)、扫描电子显微镜及能谱(SEM-EDS)、 X射线衍射(XRD)、便携X射线荧光(XRF)、激光拉曼(Raman)等技术进行制作材料与工艺分析。结果显示,此处彩塑制作工艺与甘肃地区传统彩塑制作工艺相一致,结构为骨架层、泥塑层和彩绘层。其中,骨架层分两种,即木骨架、石胎结合木骨架。石胎为崖体,主要成分为石英、钠长石、钾长石、微斜长石、针铁矿等,是典型的砂岩;泥塑层分为粗泥层和细泥层,制作时向内加入麦秆和麻作为添加材料,主要成分有石英、钠长石、斜长石。彩绘层由颜料层和金层组成,其中,红色颜料为朱砂和铅丹、棕色颜料为铁红、绿色颜料为氯铜矿、白色颜料为白垩、黑色颜料为炭黑,7号窟部分彩塑使用雌黄作为橙色颜料。彩塑在领口、袖口、纹样等多处使用沥粉贴金,与贴金、泥金、拨金相比,沥粉贴金更为立体,增强了彩塑的庄重感和审美效果。利用红外摄影获取油烟污损、积尘等病害下的服饰纹样、基座图案。该工作全面分析了云崖寺明代彩塑制作工艺与材料,有助于我国中小型石窟的系统研究,亦可为此处石窟寺文物后续保护提供科学依据。

关键词：甘肃庄浪县云崖寺石窟彩塑颜料层激光拉曼

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中间业务云平台的探索与使用

科技风 2023年第8期 67-70页

作者：赵彦博华夏银行股份有限公司长春分行吉林长春130000

银行业的业务需求越来越多,急需高效快捷的开发模式替代传统的低效开发模式。华夏银行也面临着分行需求不同,分行技术人员储备不足,系统框架不统一,购置硬件成本高等诸多困难,总行基于上述情况,搭建了分行中间业务云平台。本文主要讲述... 详细信息

银行业的业务需求越来越多,急需高效快捷的开发模式替代传统的低效开发模式。华夏银行也面临着分行需求不同,分行技术人员储备不足,系统框架不统一,购置硬件成本高等诸多困难,总行基于上述情况,搭建了分行中间业务云平台。本文主要讲述了基于云平台的应用开发流程,重点介绍华夏银行使用的云平台的现状、云平台的基础架构、云平台所使用的容器技术和微服务技术、云平台的特点,最后讲述了使用中间业务云平台所取得的成效及对未来的展望。

关键词：云平台容器微服务

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团体心理辅导对师范类大学生积极心理品质的提升研究

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中国军转民 2023年第23期 169-171页

作者：赵彦博常熟理工学院

师范生是人民教师的后备力量,教师的品德和素养在一定程度上会直接影响学生的个人品德和素养的养成,所以,强化培育师范生的力度是非常重要的,特别是要注重培育师范生积极心理品质。本次研究的对象选取某应用型本科院校师范类大学生,分... 详细信息

师范生是人民教师的后备力量,教师的品德和素养在一定程度上会直接影响学生的个人品德和素养的养成,所以,强化培育师范生的力度是非常重要的,特别是要注重培育师范生积极心理品质。本次研究的对象选取某应用型本科院校师范类大学生,分析师范生目前积极心理品质状态,借助于团体心理辅导课程培养师范生积极心理品质。

关键词：师范生积极心理品质团体心理辅导

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心理学在企业人力资源管理中的应用探析

中外企业文化 2023年第11期 238-240页

作者：赵彦博常熟理工学院

人力资源管理是企业经营的重要环节，本文从心理学的背景概念入手，概述了心理学与人力资源管理的关系。在人力资源管理招聘选拔、员工培训活动、团队合作薪酬激励、个人心理建设、组织文化建设等方面提出了新的建议。在当今社会中，只... 详细信息

人力资源管理是企业经营的重要环节，本文从心理学的背景概念入手，概述了心理学与人力资源管理的关系。在人力资源管理招聘选拔、员工培训活动、团队合作薪酬激励、个人心理建设、组织文化建设等方面提出了新的建议。在当今社会中，只有将心理学与企业人力资源管理互相结合，才能够使一个企业在激烈的人才竞争中占据优势地位。

关键词：心理学人力资源管理

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地理信息系统在工程测绘中的应用

中国科技期刊数据库工业A 2023年第5期 0168-0171页

作者：赵彦博河北省地质矿产勘查开发局国土资源勘查中心河北石家庄050081

随着社会经济的发展以及科学技术水平的提高,地理信息系统已经被广泛应用于工程测量、建筑设计以及各种信息化管理当中,并且在这些领域中得到了较好的应用效果。地理信息系统是庞大的信息系统,其开发和应用需要较长的周期。但在工程建设... 详细信息

随着社会经济的发展以及科学技术水平的提高,地理信息系统已经被广泛应用于工程测量、建筑设计以及各种信息化管理当中,并且在这些领域中得到了较好的应用效果。地理信息系统是庞大的信息系统,其开发和应用需要较长的周期。但在工程建设中,地理信息系统有着很大的优势和潜力。本文通过对地理信息系统在工程测绘中应用优势以及应用进行分析和研究,从而推动我国工程测绘技术水平不断提高,旨在为工程测绘中GIS的应用提供一定的参考和借鉴,促进GIS技术在工程测绘领域的发展和应用。

关键词：地理信息系统信息化管理测绘技术

职业生涯规划课程对高一学生职业成熟度的促进研究

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职业生涯规划课程对高一学生职业成熟度的促进研究

作者：赵彦博沈阳师范大学

学位级别：硕士

本研究的主要目的是掌握高一学生职业成熟度现状,并通过职业生涯规划课程对高一学生的职业成熟度进行干预,探索职业生涯规划课程对进一步提高高一学生职业成熟度的积极作用。首先,根据刘慧、张大均（2004）编制的《中学生职业成熟度问卷... 详细信息

本研究的主要目的是掌握高一学生职业成熟度现状,并通过职业生涯规划课程对高一学生的职业成熟度进行干预,探索职业生涯规划课程对进一步提高高一学生职业成熟度的积极作用。首先,根据刘慧、张大均（2004）编制的《中学生职业成熟度问卷》,对高一学生职业成熟度展开调查,以了解其现状,进而设计针对性的课程。其次,本研究在辽宁省沈阳市某高中,以高一学生为研究对象,从参与调研的班级中随机选取人数、性别结构基本相同,并且在职业成熟度水平上无显著性差异的两个班级作为本次干预研究的被试,将两个班级分为A、B班,依次为实验组与对照组。对实验组A班的学生实施8次职业生涯规划课程教学,以提升学生的职业成熟度水平。在课程设计过程中,全面考虑学生职业成熟度要求,主要从七个方面进行课程干预,包括自信心、独立性、主动性、功利性、稳定性、职业自我知识、职业世界知识等。对照组B班在相同课时内不进行职业生涯课程讲解。在对实验班进行8次课程干预的基础上,再次对A、B班进行职业成熟度测评,检验课程干预效果,借助SPSS21.0分别对实验组与对照组的测评数据进行分析,根据数据分析结果可以发现,实验组A班学生在职业生涯规划课干预后,职业成熟度水平得到明显的提升。证明本次生涯规划干预课程从兴趣、性格、生涯愿景、价值观、主动参与生涯决策、自信心、职业信息探索、职业世界知识学习等方面设计的干预内容,能够丰富学生的生涯知识,促进学生们职业成熟水平的提升。根据本研究结果提出如下教育建议:学校方面要推进和完善生涯规划课程,将职业生涯教育渗透到各个学科和学校活动中。要发挥家庭在生涯教育中的作用。社会方面要完善职业教育体制,强化生涯教育观念。

关键词：高一学生职业成熟度职业生涯规划职业生涯规划课程