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面向硅基微纳器件逆设计的优化算法加速研究

面向硅基微纳器件逆设计的优化算法加速研究

作者：刘银北京邮电大学

学位级别：硕士

在网络流量暴增的环境下,传统电子芯片的带宽和集成度接近极限,光子芯片以高速率、低能耗、低时延的特性在信息处理方面占据了优势。而硅光器件的传统设计,只能以手动调整参数的方式来实现目标功能,难以设计参数较多的器件,也难以设计... 详细信息

在网络流量暴增的环境下,传统电子芯片的带宽和集成度接近极限,光子芯片以高速率、低能耗、低时延的特性在信息处理方面占据了优势。而硅光器件的传统设计,只能以手动调整参数的方式来实现目标功能,难以设计参数较多的器件,也难以设计缺乏先验理论的新型器件。因此,为了更高效地设计参数庞杂、功能新颖的复杂光子器件,一种以实现特定的器件功能为目标,利用优化算法和高性能计算平台,自动迭代优化生成满足目标要求的器件结构的新型设计方法——逆设计,引起了科研和产业界的广泛关注。然而,随着所设计的器件尺寸及功能复杂度的增加,其设计耗时也随之急剧增加。因此,论文以拓扑优化加水平集优化的逆设计框架为出发点,深入探索该框架的实现原理,定位逆设计中的耗时关键点,通过算法加速的研究,有效加快了基于逆设计的硅光器件的设计效率。论文的主要研究内容和研究成果如下:(1)针对全局优化中迭代步长求解耗时长的问题,结合目标函数特性,论文针对性地提出了二次插值法。通过对两种算法进行原理分析,从理论上证明得到,当两种算法的计算量相同时,二次插值法和二分法的收敛阶数分别是1.618和1,二次插值法收敛明显更快。最后,论文采用不同的器件对两种算法进行仿真实现和验证,仿真结果表明,相比二分法,使用二次插值法后,求解步长的平均迭代次数降低了 78.76%,求解步长的平均耗时降低了 80.88%,步长求解的耗时得到显著的降低。(2)针对水平集优化阶段的冗余计算问题,论文提出了一种对水平集中的性能优化部分进行加速的算法。该算法将局部优化中的最速下降法和水平集优化中的最速下降法合并,在两个阶段只进行一次算法迭代,去除了多余的迭代次数。然后对不同的器件进行仿真验证,结果表明,采用新的算法后,对于1×2功分器、波分解复用器和偏振分束器三类器件,平均迭代步数分别降低了 51%、21.91%和44.74%,整体优化的耗时得到明显的降低。(3)针对水平集优化阶段的冗余计算问题,论文提出了一种对水平集中的结构优化部分进行加速的算法。该算法将器件结构上下左右各平移一个格点,重新确定硅光器件的边界位置。计算迭代方向时,只对边界上的点进行优化,在保证输出效率的前提下,去除了多余的计算点。然后对不同的器件进行仿真验证,结果表明,采用新的算法后,对于1×2功分器、波分解复用器和偏振分束器三类器件,需要计算的点数分别降低了 63.24%、35.43%和58.33%,平均耗时分别降低了 62.96%、30.59%、55.41%,水平集优化阶段的耗时得到明显的降低。

关键词：硅基光子器件逆设计加速优化迭代步长求解水平集优化

HL-2A装置实时等离子体位形重建系统的加速优化

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核聚变与等离子体物理 2017年第2期37卷 152-158页

作者：凌飞夏凡马瑞核工业西南物理研究院成都610041

现有的HL-2A实时平衡重建系统采用的是网格尺寸为33?33,将无法满足HL-2M装置对控制精度和速度要求。为此开发了网格尺寸为129?129的重建系统,并通过GPU并行、算法重构等优化方法,使得新的重建系统在保证计算精度的情况下能够使得每一次... 详细信息

现有的HL-2A实时平衡重建系统采用的是网格尺寸为33?33,将无法满足HL-2M装置对控制精度和速度要求。为此开发了网格尺寸为129?129的重建系统,并通过GPU并行、算法重构等优化方法,使得新的重建系统在保证计算精度的情况下能够使得每一次平均重建计算维持在600?s内,可满足HL-2A和HL-2M中周期为1ms等离子体控制系统对重建系统精度和速度要求。

关键词：平衡重建算法重构统一计算设备架构加速优化

基于变导叶调节的涡扇发动机加速过程优化控制

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航空动力学报 2016年第11期31卷 2801-2808页

作者：郑前钢张海波叶志锋缪丽祯南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016

提出了一种利用变导叶调节,基于可行序列二次规划算法的涡扇发动机加速过程优化控制方法.研究发现,通过在发动机加速过程中对压缩部件导叶角度的适应性调节,可以优化压气机和风扇在过渡态的空气流量,使得燃油在满足各方面约束条件下以... 详细信息

提出了一种利用变导叶调节,基于可行序列二次规划算法的涡扇发动机加速过程优化控制方法.研究发现,通过在发动机加速过程中对压缩部件导叶角度的适应性调节,可以优化压气机和风扇在过渡态的空气流量,使得燃油在满足各方面约束条件下以最大可能的速度增加,从而提升了发动机加速性能.最后,与常规两变量加速过程优化方法进行了对比研究:在相同目标函数和约束条件下,分别进行了两控制量(主燃油和尾喷管喉道面积)、增加风扇导叶调节或压气机变导叶的三控制量的加速优化控制仿真,结果表明,所提出的方法在优化过程中可以使得燃油最大可能速率高于常规方法,且发现压气机导叶角在优化过程的作用优于风扇导叶角,优化后的工作点加速路径紧贴喘振裕度限制边界,且各个约束严格在可行域范围内,3种方案的加速时间分别为5.5,4.9s和4.5s.

关键词：加速优化风扇导叶角压气机导叶角可行域喘振裕度限制边界

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基于CMVO的涡扇发动机加速过程优化控制

航空计算技术 2023年第2期53卷 25-29页

作者：赵姝帆龚诚蒋筑宇中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所四川绵阳621000

针对涡扇发动机加速过程控制寻优难的问题,提出了一种混沌多元宇宙优化算法。在多元宇宙优化算法的基础上加入混沌初始化和混沌搜索,增强了全局搜索能力。采用算法进行涡扇发动机加速过程优化控制仿真,并与可行序列二次规划算法、粒子... 详细信息

针对涡扇发动机加速过程控制寻优难的问题,提出了一种混沌多元宇宙优化算法。在多元宇宙优化算法的基础上加入混沌初始化和混沌搜索,增强了全局搜索能力。采用算法进行涡扇发动机加速过程优化控制仿真,并与可行序列二次规划算法、粒子群算法和多元宇宙优化算法进行对比验证。结果表明:算法能够实现加速过程的优化控制,发动机紧贴喘振边界加速,且满足各个约束条件。对燃油流量、喷口面积、风扇和压气机导叶角度四控制量同时进行优化时,其加速时间为3.8 s,优于其他三种算法。验证了算法具有较强的全局搜索能力,在涡扇发动机加速过程优化控制问题中具有一定的优势。

关键词：涡扇发动机加速优化多元宇宙优化混沌全局最优解

基于廉价GPU的LRC编码加速优化的设计与实现

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基于廉价GPU的LRC编码加速优化的设计与实现

作者：许佳豪华中科技大学

学位级别：硕士

为了更好存储多元化的数据,存储系统中引入了局部修复码技术。局部修复码能够在保证可靠存储的同时,显著降低数据重构开销,因此适合应用于冷数据的存储。但是随着存储系统的不断发展,局部修复码的编码性能逐渐成为了限制存储系统发展的... 详细信息

为了更好存储多元化的数据,存储系统中引入了局部修复码技术。局部修复码能够在保证可靠存储的同时,显著降低数据重构开销,因此适合应用于冷数据的存储。但是随着存储系统的不断发展,局部修复码的编码性能逐渐成为了限制存储系统发展的重要瓶颈。因此,充分利用存储节点所使用的廉价图形处理器(GPU)并设计实现一个能显著提高编码性能的局部修复码优化方案是当务之急。为了更好利用局部修复码提高存储系统性能,提出了一种基于廉价GPU的局部修复码的加速优化设计与实现。具体来说做了以下几个方面的工作:(1)提出了一种基于廉价GPU的局部修复码的加速优化实现,通过对原始数据块进行直接异或,生成相应的校验块,从而减少构建生成矩阵以及执行矩阵乘法操作过程中的资源消耗;(2)为了保证中央处理器(CPU)与GPU之间数据可靠传输,采用分批次传输分批次编码策略,避免因内存不够导致数据丢失;(3)为了降低在数据读取方面消耗的时延,使用GPU共享内存存储数据;(4)为了加速局部校验块的生成,同时保证校验块内包含信息丰富,提出了基于局部校验块构建生成校验块的方法。通过实验,得出以下结论:(1)在廉价GPU上使用异或优化的局部修复码执行编码操作,其编码吞吐量相比于同配CPU提高了将近20倍;(2)在使用廉价GPU且容少错的情况下,使用本文提出的基于廉价GPU的局部修复码加速优化方案与GCRS库实现的RS编码在编码吞吐量上,本方案略优;(3)在使用廉价GPU且容少错的情况下,使用本文提出的基于廉价GPU的局部修复码加速优化方案与使用GCRS库实现的LRC编码相比,编码性能提高了3%-5%。

关键词：廉价图形处理器局部修复码加速优化异或

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加速优化农村党员队伍探析

岭南学刊 2013年第4期 71-75页

作者：麦广强中共顺德区乐从镇党委

随着村民自治机制的建立和推进,农村基层党组织面临着新的困局和遇到了前所未有的挑战及考验。加速优化农村党员队伍的历史任务已刻不容缓,更是时代发展的新要求。加速优化农村党员队伍必须要有创新的思维和路径。一是把农村党员人数提... 详细信息

随着村民自治机制的建立和推进,农村基层党组织面临着新的困局和遇到了前所未有的挑战及考验。加速优化农村党员队伍的历史任务已刻不容缓,更是时代发展的新要求。加速优化农村党员队伍必须要有创新的思维和路径。一是把农村党员人数提升到"一个5%和三个50%"的比例,优化农村的政治结构;二是要激发和强化党员的政治竞争意识,着力提高党员的政治影响力和竞争力,充分发挥党员的先锋模范作用;三是通过分类,设岗定责,对党员实行科学化管理。

关键词：加速优化农村党员队伍刻不容缓时代要求创新的思维和路径

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加速优化我国外贸商品结构新思路

商场现代化 2018年第23期 15-16页

作者：王才举史清臣大连财经学院

与一些发达国家相比,我们国家贸易相对落后,其中科技含量、附加值高的出口商品比例较低。通过分析近几年我国外贸商品结构的变化,总结出其中存在的问题,提出优化我国外贸商品结构的新途径。

关键词：加速优化外贸商品外贸商品结构

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健体明星身材 18个技巧加速优化形体

健与美 2021年第3期 148-153页

作者：袁彪(编译) 不详

想拥有像职业健体明星瑞安·特里一样的体形吗?从以下技巧开始吧。如果你想找一个健美体形的榜样,职业健体明星特里是个不错的选择。特里是体操运动员出身,曾获阿诺德传统赛男子健体冠军。在接下来的文章中,健身专家们提供了一些技巧、... 详细信息

想拥有像职业健体明星瑞安·特里一样的体形吗?从以下技巧开始吧。如果你想找一个健美体形的榜样,职业健体明星特里是个不错的选择。特里是体操运动员出身,曾获阿诺德传统赛男子健体冠军。在接下来的文章中,健身专家们提供了一些技巧、战术和策略,可以帮助你更好地练出像特里一样的体格。

关键词：阿诺德体操运动员特里加速优化健身健体体形明星

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结构强度疲劳试验加速优化技术研究

工程与试验 2020年第2期60卷 46-47,79页

作者：李宏亮孟立中国飞机强度研究所第八研究室陕西西安710065

全机疲劳试验运行系统较为复杂,在日常运行中,通过观察很难发现影响试验加载速度的关键加载点,因此不能有针对性地去处理、分析这些影响试验运行速率的关键加载点。针对以上问题进行了相关研究,通过分析全机疲劳试验协调加载控制系统以... 详细信息

全机疲劳试验运行系统较为复杂,在日常运行中,通过观察很难发现影响试验加载速度的关键加载点,因此不能有针对性地去处理、分析这些影响试验运行速率的关键加载点。针对以上问题进行了相关研究,通过分析全机疲劳试验协调加载控制系统以及相关子系统的故障特性,收集并处理该系统及子系统的历史故障信息,确定其概率分布及影响因子,进而对关键加载点进行优化处理,提升全机疲劳试验运行速度。

关键词：疲劳试验运行速率故障特性加速优化