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Journal of Bionic Engineering 2022年第2期19卷 471-482页

作者： bosheng liu Tanvir R.Faisal School of Architecture and Design University of Louisiana at LafayetteLafayetteLA 70503USA Department of Mechanical Engineering University of Louisiana at LafayetteLafayetteLA 70503USA

Bio-inspired architectural designs are often superior for their aesthetics and structural *** forms and loading states of a biological structure is complex as it requires a delicate balance among geometry,material properties,and interacting *** goal of this work is to design a biomimetic,ultra-lightweight,bending-active structure utilizing an informed integral design approach,and thereby constructing a self-supporting cellular pavilion.A bioinspired pavilion has been designed and constructed based on the natural cellular organization observed in Radiolaria,a deep-sea *** cellularity was mimicked via Voronoi tessellation in the structure of the pavilion,whose structural performance was evaluated using finite element ***,funicular structure design strategies were studied with a focus on cellular distributions and concentration responding to areas with high structural *** computer aided custom designed pavilion was constructed with engineered,in-house fabricated fiberglass composite *** bending-active lightweight structure was also validated through material performance inquiry,a partial full-scale cellular assembly,and the full-size pavilion *** work contributes to the design approach comprising a bending-active form-finding schematic strategy to construct the elastic bending-active structure physically and simulate computationally within the context of nature inspired innovative lightweight structure design.

关键词： Biomimetic design Double-curved shell pavilion Voronoi tessellation Bending-active structures Finite element analysis

Accelerating DNN-based 3D point cloud processing for mobile computing

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Science China(Information Sciences) 2019年第11期62卷 40-50页

作者： bosheng liu Xiaoming CHEN Yinhe HAN Jiajun LI Haobo XU Xiaowei LI State Key Laboratory of Computer Architecture Institute of Computing TechnologyChinese Academy of Sciences University of Chinese Academy of Sciences

3D point cloud data, which are produced by various 3 D sensors such as LIDAR and stereo cameras, have been widely deployed by industry leaders such as Google, Uber, Tesla, and Mobileye, for mobile robotic applications such as autonomous driving and humanoid robots. Point cloud data, which are composed of reliable depth information, can provide accurate location and shape characteristics for scene understanding, such as object recognition and semantic segmentation. However, deep neural networks(DNNs), which directly consume point cloud data, are particularly computation-intensive because they have to not only perform multiplication-and-accumulation(MAC) operations but also search neighbors from the irregular 3 D point cloud data. Such a task goes beyond the capabilities of general-purpose processors in realtime to figure out the solution as the scales of both point cloud data and DNNs increase from application to application. We present the first accelerator architecture that dynamically configures the hardware onthe-fly to match the computation of both neighbor point search and MAC computation for point-based DNNs. To facilitate the process of neighbor point search and reduce the computation costs, a grid-based algorithm is introduced to search neighbor points from a local region of grids. Evaluation results based on the scene recognition and segmentation tasks show that the proposed design harvests 16.4× higher performance and saves 99.95% of energy than an NVIDIA Tesla K40 GPU baseline in point cloud scene understanding applications.

关键词： deep neural network acceleration point cloud data neighbor point search mobile robotics hardware architecture

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面向3D生成对抗网络的频域加速器设计

计算机辅助设计与图形学学报 2023年第6期35卷 953-960页

作者：江卓燊刘博生唐忆滨武继刚广东工业大学计算机学院广州510006 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 武汉数字工程研究所武汉430074

三维生成对抗网络(3D generative adversarial networks,3D GANs)广泛应用于模型预测、对象生成等领域.针对当前3D GANs加速器存在计算开销高、访存能耗高等问题,提出一种基于快速傅里叶变换(FFTs)的3D GANs频域加速器设计(FAG).首先针... 详细信息

三维生成对抗网络(3D generative adversarial networks,3D GANs)广泛应用于模型预测、对象生成等领域.针对当前3D GANs加速器存在计算开销高、访存能耗高等问题,提出一种基于快速傅里叶变换(FFTs)的3D GANs频域加速器设计(FAG).首先针对3D GANs加速器计算开销高的问题,提出支持频域3D GANs计算的硬件架构,利用频域低计算复杂度特性和频域反卷积中的零值模式以减少计算开销;其次针对3D GANs加速器访存能耗高的问题,提出支持3D卷积和反卷积计算的频域映射调度流,利用频域共轭对称特性和反卷积中的零值模式减少访存开销.基于ModelNet数据集和3个3D GANs模型(3DGAN,3D-IWGAN和3D-PhysNet)的评估结果表明,与具有代表性的频域加速器相比,FAG可使性能提高76%,能效提高141%;与具有代表性的空间域加速器相比,FAG的性能提高6倍,能效提高46倍.

关键词：频域加速器 3D GANs 反卷积数据重用调度流

激光加工双级结构对Al/CFRPEEK接头组织及性能的影响

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航空学报 2022年第2期43卷 156-165页

作者：徐孟嘉刘博生毕晓阳王振民华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641

由于PEEK材料自然表面的极性基团较少,摩擦搭接焊方法难以直接连接碳纤维增强PEEK复合材料(CFRPEEK)和铝合金。通过表面激光加工的方法,在铝合金6061-T6表面加工微孔阵列结构,实现了CFRPEEK和6061-T6的摩擦搭接焊连接,CFRPEEK/6061-T6... 详细信息

由于PEEK材料自然表面的极性基团较少,摩擦搭接焊方法难以直接连接碳纤维增强PEEK复合材料(CFRPEEK)和铝合金。通过表面激光加工的方法,在铝合金6061-T6表面加工微孔阵列结构,实现了CFRPEEK和6061-T6的摩擦搭接焊连接,CFRPEEK/6061-T6接头强度显著提高。结果表明,激光加工在6061-T6表面制备了微米尺度的孔阵列和纳米尺度的颗粒,形成双尺度分级结构,改变了6061-T6表面的润湿性;当6061-T6表面达到超疏水性,6061-T6与CFRPEEK之间具有更高的粘附性能和连接强度,并且6061-T6/CFRPEEK连接界面上未观察到孔洞;微尺度机械咬合是CFRPEEK与6061-T6连接的主要机制,是连接强度提高的主要原因。

关键词：碳纤维增强PEEK复合材料激光表面纹理化加工超疏水表面铝合金摩擦搭接焊

混合精度频域卷积神经网络FPGA加速器设计

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计算机工程 2023年第12期49卷 1-9页

作者：陈逸刘博生徐永祺武继刚广东工业大学计算机学院广州510006

深度卷积神经网络具有模型大、计算复杂度高的特点,难以部署到硬件资源有限的现场可编程门阵列(FPGA)中。混合精度卷积神经网络可在模型大小和准确率之间做出权衡,从而为降低模型内存占用提供有效方案。快速傅里叶变换作为一种快速算法... 详细信息

深度卷积神经网络具有模型大、计算复杂度高的特点,难以部署到硬件资源有限的现场可编程门阵列(FPGA)中。混合精度卷积神经网络可在模型大小和准确率之间做出权衡,从而为降低模型内存占用提供有效方案。快速傅里叶变换作为一种快速算法,可将传统空间域卷积神经网络变换至频域,从而有效降低模型计算复杂度。提出一个基于FPGA的8 bit和16 bit混合精度频域卷积神经网络加速器设计。该加速器支持8 bit和16 bit频域卷积的动态配置,并可将8 bit频域乘法运算打包以复用DSP,用来提升计算性能。首先设计一个基于DSP的频域计算单元,支持8 bit和16 bit频域卷积运算,通过打包一对8 bit频域乘法以复用DSP,从而提升吞吐率。然后提出一个映射数据流,该数据流支持8 bit和16 bit计算两种形式,通过数据重用方式最大化减少冗余数据处理和数据搬运操作。最后使用ImageNet数据集,基于ResNet-18与VGG16模型对所设计的加速器进行评估。实验结果表明,该加速器的能效比(GOP与能耗的比值)在ResNet-18和VGG16模型上分别达到29.74和56.73,较频域FPGA加速器提升1.2~6.0倍。

关键词：卷积神经网络硬件加速器频域混合精度现场可编程门阵列

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面向光流估计的高效加速器架构设计

中国科学：信息科学 2021年第5期51卷 795-807页

作者：刘博生陈晓明韩银和常亮广东工业大学计算机学院广州510006 桂林电子科技大学计算机与信息安全学院广西可信软件重点实验室桂林541004 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100190

光流(optical flow)为同一对象在视频中运动到下一帧的移动量.从视频中估计光流已广泛应用于各类移动智能系统,如运动估计和机器人导航.最近的研究表明,卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)能提供可靠的光流估计结果.然而,... 详细信息

光流(optical flow)为同一对象在视频中运动到下一帧的移动量.从视频中估计光流已广泛应用于各类移动智能系统,如运动估计和机器人导航.最近的研究表明,卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)能提供可靠的光流估计结果.然而,现有的硬件加速器无法支持面向光流估计的CNN复杂计算.具体而言,这些类型的CNN不仅包括常规的卷积(convolution)和反卷积(deconvolution)运算,还包括双线性插值(bilinear interpolation)和/或关联(correlation)运算.双线性插值和关联操作主要探索两个连续图像帧之间的关联关系.为解决这一问题,本项工作提出面向光流的CNN硬件加速设计方案(称为Swan-AOE),即通过支持卷积、反卷积、双线性插值和关联操作解决这类神经网络的硬件加速计算问题.Swan-AOE包括可配置的硬件计算架构和自适应的调度策略,通过提供灵活的并行调度实现最优化吞吐量计算.此外,Swan-AOE还进行设计空间探索,探索可用片上缓存资源在提高能耗–面积效率的潜在能力.实验结果表明,与基准加速器相比,所提出的设计能有效提升性能、能效和面积效率.

关键词：加速器光流估计能效卷积神经网络

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一种水声多途信号的快速盲解卷积算法

数据采集与处理 2009年第2期24卷 134-139页

作者：张之猛刘晨晨刘伯胜田宝晶哈尔滨工程大学水声技术国防科技重点实验室哈尔滨150001 石家庄铁道学院计算机与信息工程分院石家庄050043

为解决时域和频域盲解卷积算法在时延长的情况下计算量大、不适于水声信道的实时计算问题,本文研究了一种基于二阶统计量的时域与频域相结合的快速盲解卷积算法。该算法首先对接收数据进行分段,段内数据进行分块处理,并给出一个新的在... 详细信息

为解决时域和频域盲解卷积算法在时延长的情况下计算量大、不适于水声信道的实时计算问题,本文研究了一种基于二阶统计量的时域与频域相结合的快速盲解卷积算法。该算法首先对接收数据进行分段,段内数据进行分块处理,并给出一个新的在宽带情况下的代价函数表达范式;然后采用自然梯度法调整自适应权矩阵,进行块内数据离线、段间数据在线更新的自适应滤波,以获得源信号的估计。仿真结果表明,该方法结合了宽带和窄带算法的优点,对于线性卷积混合的接收数据取得了很好的分离效果,且计算量小,更适于在实时信号处理中应用。

关键词：多途信道盲解卷积自适应滤波自然梯度法

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浅海远程目标稳健方位估计方法性能分析

海军工程大学学报 2014年第2期26卷 64-67页

作者：宋海岩刘伯胜黑龙江工程学院电气与信息工程学院哈尔滨150050 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001

受浅海多途效应的影响,传统方位估计方法在空间谱上将出现谱峰偏离甚至分裂现象。针对这一问题,提出了一种新的浅海稳健方位估计方法。该方法将简正波模型与阵列信号模型相融合,推导出新的阵列源矢量形式,并结合矢量最优化对阵列源矢量... 详细信息

受浅海多途效应的影响,传统方位估计方法在空间谱上将出现谱峰偏离甚至分裂现象。针对这一问题,提出了一种新的浅海稳健方位估计方法。该方法将简正波模型与阵列信号模型相融合,推导出新的阵列源矢量形式,并结合矢量最优化对阵列源矢量误差施加有效约束,进而提高高分辨方位估计的稳健性。性能仿真分析表明:当存在海水跃变层深度、海水深度及声速梯度等不确定条件下,该方法均具有更高的主峰与旁瓣比以及更窄的-3dB波束宽度。

关键词：方位估计浅海多途矢量最优化稳健性

BATF2在舌鳞状细胞癌中的表达及临床意义

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中华口腔医学杂志 2015年第1期50卷 13-17页

作者：文浩杰唐金勇刘柏生孙传政郴州市第一人民医院耳鼻咽喉头颈外科湖南423000 云南省肿瘤医院头颈外科

目的探讨BATF2基因在人舌鳞状细胞癌（oral tongue squamous cell carcinoma,OTSCC）中的表达及临床意义.方法采用定量PCR、蛋白质印迹法及免疫组化方法检测BATF2基因在OTSCC组织（16例）及对应癌旁黏膜组织（16例）的表达,探讨BATF2... 详细信息

目的探讨BATF2基因在人舌鳞状细胞癌（oral tongue squamous cell carcinoma,OTSCC）中的表达及临床意义.方法采用定量PCR、蛋白质印迹法及免疫组化方法检测BATF2基因在OTSCC组织（16例）及对应癌旁黏膜组织（16例）的表达,探讨BATF2表达水平与临床病理及预后的关系.结果定量PCR显示BATF2 mRNA在13例OTSCC组织表达低于癌旁黏膜组织;蛋白质印迹法检测显示BATF2蛋白在14例OTSCC组织表达低于癌旁黏膜组织;免疫组化显示在202例OTSCC标本中,BATF2蛋白无表达20例（9.9％）,低表达104例（51.5％）,高表达78例（38.6％）;且BATF2蛋白表达水平与OTSCC组织分化相关（P=0.002）,BATF2蛋白低表达患者预后显著差于BATF2高表达者（P＜ 0.001）.结论 BATF2在OTSCC中低表达与肿瘤分化程度及预后相关,可作为预测OTSCC预后的分子指标及OTSCC潜在的治疗靶点.

关键词：舌肿瘤癌,鳞状细胞基因,BATF2

基于大数据分析技术在铁路卸车组织优化中的研究

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铁路计算机应用 2016年第9期25卷 49-54页

作者：潘云松刘柏盛昆明铁路局信息技术所昆明650011

文章介绍铁路卸车组织管理系统,该系统利用大数据分析技术,解决待卸车动态分布实时分析、重车在运输过程的监控和预警、重车到达时间的预测和预报,辅助编制卸车计划,安排货运专用线或公共货场使用等问题。系统已在昆明铁路局试用,取得... 详细信息

文章介绍铁路卸车组织管理系统,该系统利用大数据分析技术,解决待卸车动态分布实时分析、重车在运输过程的监控和预警、重车到达时间的预测和预报,辅助编制卸车计划,安排货运专用线或公共货场使用等问题。系统已在昆明铁路局试用,取得了很好的经济效益和社会效益。

关键词：大数据卸车组织到达时间预测辅助决策