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区块链在数据安全领域的研究进展

计算机学报 2021年第1期44卷 1-27页

作者：刘明达陈左宁拾以娟汤凌韬曹丹江南计算技术研究所江苏无锡214083 中国工程院北京100088

大数据时代,数据已成为驱动社会发展的重要的资产.但是数据在其全生命周期均面临不同种类、不同层次的安全威胁,极大降低了用户进行数据共享的意愿.区块链具有去中心化、去信任化和防篡改的安全特性,为降低信息系统单点化的风险提供了... 详细信息

大数据时代,数据已成为驱动社会发展的重要的资产.但是数据在其全生命周期均面临不同种类、不同层次的安全威胁,极大降低了用户进行数据共享的意愿.区块链具有去中心化、去信任化和防篡改的安全特性,为降低信息系统单点化的风险提供了重要的解决思路,能够应用于数据安全领域.该文从数据安全的核心特性入手,介绍区块链在增强数据机密性、数据完整性和数据可用性三个方向的最新研究成果,对各研究方向存在的缺陷进行分析,进而对未来发展方向进行了展望.该文认为,区块链技术的合理应用能够增强分布式环境下的数据安全,有着广阔的前景.

关键词：区块链数据安全数据共享机密性完整性可用性

异构高性能计算系统Linpack效率受限因素分析

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计算机工程与科学 2018年第2期40卷 224-230页

作者：贾迅邬贵明谢向辉数学工程与先进计算国家重点实验室江苏无锡214125

能耗是目前高性能计算系统性能提升的一大挑战。主处理器连接加速器的异构计算技术可以有效提升系统能效,因而被广泛应用于当前高性能计算系统的设计。同等系统规模下,异构计算系统的Linpack效率普遍低于同构系统。针对这一问题,从结构... 详细信息

能耗是目前高性能计算系统性能提升的一大挑战。主处理器连接加速器的异构计算技术可以有效提升系统能效,因而被广泛应用于当前高性能计算系统的设计。同等系统规模下,异构计算系统的Linpack效率普遍低于同构系统。针对这一问题,从结构设计的角度,基于真实计算系统的设计参数和性能数据,分析了大规模异构高性能计算系统Linpack效率受限的主要因素及其对结构设计的需求,并构建了针对异构计算系统的Linpack性能模型对分析结论进行了验证。研究成果对异构计算系统Linpack的性能优化以及未来高效异构架构的设计具有一定的指导意义。

关键词：异构高性能 Linpack 效率

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众核处理器的流水线紧耦合指令循环缓存设计

计算机研究与发展 2017年第4期54卷 813-820页

作者：张昆过锋郑方谢向辉数学工程与先进计算国家重点实验室江苏无锡214125

能效比是未来高性能计算机需要解决的重要问题.众核处理器作为高性能计算机的重要实现手段,其微结构的优化设计对能效比提升尤为关键.提出了1种面向众核处理器的流水线紧耦合的指令循环缓存设计,以较小的L0指令缓存提供更加高能效的指... 详细信息

能效比是未来高性能计算机需要解决的重要问题.众核处理器作为高性能计算机的重要实现手段,其微结构的优化设计对能效比提升尤为关键.提出了1种面向众核处理器的流水线紧耦合的指令循环缓存设计,以较小的L0指令缓存提供更加高能效的指令取指.作为体系结构研究同硬件可实现性紧密结合的1次尝试,设计始终考虑了硬件实现代价这一关键约束.为了控制L0指令缓存对流水线性能的影响,指令缓存采用了循环出口预取技术,以此保证指令缓存提供的低功耗的指令取指能够最终转化为流水线能效比的提升.在gem5模拟器上实现了对指令循环缓存的模拟.对SPEC2006的测试结果表明,在不影响流水线性能的前提下,设计的典型配置可以减少27%的指令取指功耗以及31.5%的流水线前段部件动态功耗.

关键词：循环缓存众核处理器能效比旨令缓存结构优化

MDCent:一种高可扩展、高吞吐量的模块间互连结构

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计算机研究与发展 2015年第5期52卷 1127-1136页

作者：陆菲菲朱桂明陶志荣谢向辉郭得科数学工程与先进计算国家重点实验室江苏无锡214125 解放军信息工程大学国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002 国防科学技术大学信息系统工程重点实验室长沙410073

近年来,提出的以服务器为中心的新型数据中心网络互连结构部分程度地解决了传统树型结构面临的性能瓶颈和可扩展性难题,同时出现了以集装箱为基本模块构建超大规模的数据中心.然而,如何设计模块之间的互连结构,确保数据中心网络具有高... 详细信息

近年来,提出的以服务器为中心的新型数据中心网络互连结构部分程度地解决了传统树型结构面临的性能瓶颈和可扩展性难题,同时出现了以集装箱为基本模块构建超大规模的数据中心.然而,如何设计模块之间的互连结构,确保数据中心网络具有高可扩展性、模块之间具有高带宽是一个非常具有挑战性的问题.以BCube为代表的新型数据中心网络,能够将数千台服务器互连在一个集装箱内,且对各种典型流量模式提供较高的带宽.提出了一种常量度数的模块之间的互连结构***基于BCube结构进行模块内服务器互连,利用模块内大量未被使用的上行端口,在各个模块保持常量度数的情况下,能够保证模块之间具有高可扩展性,同时模块之间具有较高的带宽.

关键词：数据中心网络模块互连结构高可扩展高吞吐量集装箱

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大规模三角线性方程的高效求解

计算机工程与科学 2019年第2期41卷 240-245页

作者：贾迅邬贵明钱磊谢向辉吴东数学工程与先进计算国家重点实验室江苏无锡214125

大规模三角线性方程求解是科学与工程应用中重要的计算核心,受限于处理器的缓存容量和结构设计,其在CPU和GPU等平台上的计算效率不高。大规模三角线性方程的分块求解中,矩阵乘是主要运算,其计算效率对提升三角线性方程求解的计算效率至... 详细信息

大规模三角线性方程求解是科学与工程应用中重要的计算核心,受限于处理器的缓存容量和结构设计,其在CPU和GPU等平台上的计算效率不高。大规模三角线性方程的分块求解中,矩阵乘是主要运算,其计算效率对提升三角线性方程求解的计算效率至关重要。以矩阵乘计算效率较高的矩阵乘协处理器为计算平台,针对其结构特点提出了矩阵乘协处理器上大规模三角线性方程分块求解的实现方法和性能分析模型。实验结果表明,矩阵乘协处理器上大规模三角线性方程求解的计算效率最高可达85.9%,其实际性能和资源利用率分别为同等工艺下GPU的2.42倍和10.72倍。

关键词：大规模三角线性方程矩阵乘协处理器

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重访听音辩鼓问题

计算数学 2018年第1期40卷 63-84页

作者：刘小会曹建文张娅中国科学院软件研究所北京100190 中国科学院大学北京100190

听音辨鼓这个反问题发展至今已经半个世纪，许多数学和物理学家都做出了很多有益的贡献．这个挑战性问题由美国数学家***1966年正式提出，用数学语言描述为欧几里得空间中，是否可以找到两个（或更多）非等距单连通区域是等谱的？***等... 详细信息

听音辨鼓这个反问题发展至今已经半个世纪，许多数学和物理学家都做出了很多有益的贡献．这个挑战性问题由美国数学家***1966年正式提出，用数学语言描述为欧几里得空间中，是否可以找到两个（或更多）非等距单连通区域是等谱的？***等人1992年在二维平面上给出一对等谱区域，首次对Kac的问题说“No”．问题发展至今，只有17类平面等谱区域．它们都遵循一系列镜像反演规则，成对等谱，保持反演规则不变，改变基本构建块的形状，可以形成无穷多同类的等谱对．本文重访17类等谱区域，探究构建块之间的镜像反演规则．通过折叠方法，建立17类等谱区域特征函数之间的迁移映射关系．结合符号计算，列出17类等谱区域移植矩阵的通解．此外，利用Bernstein—Bezier多项式，计算等谱区域的广义特征值．

关键词： 17类等谱区域镜像反演规则折叠方法移植矩阵

FPGA应用于高性能计算的研究现状和未来挑战

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计算机科学 2019年第11期46卷 11-19页

作者：贾迅钱磊邬贵明吴东谢向辉数学工程与先进计算国家重点实验室

提升计算能效并满足新兴应用的性能需求是目前超级计算系统面临的两大挑战。FPGA(Field-Programmable Gate Array)低功耗和可重构的特性为应对上述挑战提供了可能。现有研究通过分析FPGA上计算核心的实际性能,探索了FPGA应用于高性能计... 详细信息

提升计算能效并满足新兴应用的性能需求是目前超级计算系统面临的两大挑战。FPGA(Field-Programmable Gate Array)低功耗和可重构的特性为应对上述挑战提供了可能。现有研究通过分析FPGA上计算核心的实际性能,探索了FPGA应用于高性能计算的可行性,但其性能分析未考虑卷积神经网络的计算核心且缺乏高性能处理器作为参照。文中针对当前高性能计算领域主要的计算核心(包括广度优先搜索、稀疏矩阵向量乘、Stencil、Smith-Waterman和卷积神经网络),总结了FPGA上各计算核心的实现和性能优化,并将其与SW26010众核处理器进行了对比;同时探讨了FPGA应用于高性能计算时存在的若干问题。分析表明,当前FPGA的能效最高为SW26010的63倍;FPGA上新兴应用(如图计算和深度学习)的性能最高为SW26010的26倍。未来,降低FPGA与主机的通信开销,提升其可编程性并完善基于FPGA的科学计算软件库,可有效推动FPGA在高性能计算方面的应用。

关键词：高性能计算 FPGA 加速能效新兴应用

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数据中心网络高效数据汇聚传输算法

计算机学报 2016年第9期39卷 1750-1762页

作者：陆菲菲郭得科方兴谢向辉罗兴国数学工程与先进计算国家重点实验室江苏无锡214125 解放军信息工程大学国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002 信息系统工程国防科技重点实验室(国防科学技术大学)

在数据中心中,类MapReduce的分布式计算系统在数据的混洗阶段产生巨大流量,令数据中心的东西向网络资源成为瓶颈.将这些高度相关的数据流在接收端进行聚合是分布式计算的通用处理方式,为了降低网络通信量并有效利用带宽,文中采用网内关... 详细信息

在数据中心中,类MapReduce的分布式计算系统在数据的混洗阶段产生巨大流量,令数据中心的东西向网络资源成为瓶颈.将这些高度相关的数据流在接收端进行聚合是分布式计算的通用处理方式,为了降低网络通信量并有效利用带宽,文中采用网内关联性流量的汇聚传输策略,将混洗和汇聚并行化,达到进一步降低东西向网络资源消耗、缩短混洗阶段延迟的目的.目前提出的IRS-based算法在适用场景上有一定局限性,为了解决这一问题,文中首先在以服务器为中心的代表结构BCube上建立incast最小树模型,分别提出MIB-based算法和MC-based算法,仅根据已知拓扑结构和发送节点编号即可快速生成一棵近似的最小代价incast树.MIB-based算法针对发送节点强关联的情况,使高层发送节点尽可能汇聚到已有的低层发送节点构建incast树;MC-based算法针对发送节点松散关联的情况,将节点进行最大程度上的聚合,通过增加最少的汇聚点完成incast树的构建.随后将上述两种算法结合起来进一步提出适用于各种场景的M2-based算法,通过推算时间复杂度证明该算法能够满足在线构建incast树的需求.最后,详细分析了M2-based算法对其他数据中心网络结构的适应性以及网内汇聚传输能够减少作业完成时间的原理.小规模实验结果表明,在不同网络规模下,M2-based比IRS-based节省了网络中约3%的数据量,整个作业在混洗和Reduce阶段的等待时间比不采用网内汇聚缩短约2/3;在不同传输节点规模下,M2-based比IRS-based节省了网络中约19%的数据量,整个作业在混洗和Reduce阶段的等待时间比不采用网内汇聚缩短约3/4.

关键词：数据中心数据汇聚网内聚合混洗传输 incast树

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符号执行研究综述

计算机科学 2018年第B6期45卷 28-35页

作者：叶志斌严波江南计算技术研究所江苏无锡214083

符号执行作为一种重要的程序分析方法,可以为程序测试提供高覆盖率的测试用例,以触发深层的程序错误。首先,介绍了经典符号执行方法的原理;然后,阐述了基于符号执行发展形成的混合测试、执行生成测试和选择性符号执行方法,同时,对制约... 详细信息

符号执行作为一种重要的程序分析方法,可以为程序测试提供高覆盖率的测试用例,以触发深层的程序错误。首先,介绍了经典符号执行方法的原理;然后,阐述了基于符号执行发展形成的混合测试、执行生成测试和选择性符号执行方法,同时,对制约符号执行方法在程序分析中的主要因素进行了分析,并讨论了缓解这些问题和提高符号执行可行性的主要方法;随后,介绍了当前主流的符号执行分析工具,并比较分析了其优缺点;最后,总结并讨论了符号执行的未来发展方向。

关键词：符号执行混合测试执行生成测试路径爆炸约束求解