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浮点计算的动态范围适合更多应用

世界电子元器件 2006年第5期 38-38,40,42页

作者： Boris Lerner 美国模拟器件公司

迄今为止浮点数字信号处理器（DSP）的成本比定点DSP急剧下降.随着价格差距开始消失,什么时候应该重新考虑浮点DSP是否会更适合你的应用呢？如果用定点DSP已经能够提供最好的结果了,那么就不必再重新考虑使用浮点DSP了.如果不是这样,可... 详细信息

迄今为止浮点数字信号处理器（DSP）的成本比定点DSP急剧下降.随着价格差距开始消失,什么时候应该重新考虑浮点DSP是否会更适合你的应用呢？如果用定点DSP已经能够提供最好的结果了,那么就不必再重新考虑使用浮点DSP了.如果不是这样,可以考虑使用浮点DSP,因为它不但能扩大动态范围,对提高应用性能和简化编程具有重要意义,而且还能缩短面市时间并节约成本.

关键词：大动态范围应用性能浮点计算数字信号处理器(DSP) 浮点DSP 定点DSP 节约成本面市时间

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惯性导航系统中浮点计算加速单元设计

电子技术应用 2019年第8期45卷 79-82,86页

作者：田换换朱晓燕首都师范大学信息工程学院北京100048 电子系统可靠性技术北京市重点实验室北京100048

石英振梁加速度计采用频率输出的形式表示加速度,在惯性导航系统中,需要将频率值转换为加速度值,再进行姿态解算。采用软件方法进行浮点计算,需要耗费CPU大量的计算能力。为了优化频率转换的计算速度,设计一种面向频率转换应用的浮点计... 详细信息

石英振梁加速度计采用频率输出的形式表示加速度,在惯性导航系统中,需要将频率值转换为加速度值,再进行姿态解算。采用软件方法进行浮点计算,需要耗费CPU大量的计算能力。为了优化频率转换的计算速度,设计一种面向频率转换应用的浮点计算加速单元,并基于FPGA进行了实现与验证。结果表明,系统从数据采样到频率转换,然后将频率值转换成加速度进行姿态解算,陀螺仪测得的角速度进行积分,最后完成数据融合,使用本文设计的浮点加速单元来实现频率转换,速度提高了2倍。

关键词：石英振梁加速度计惯性导航系统频率转换浮点计算

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基于浮点计算程序的复合蜕变测试方法研究

舰船电子工程 2024年第7期44卷 161-164,174页

作者：邱舒婷吴诗帆刘春光中国人民解放军91550部队大连116021

IEEE754标准下的浮点数在计算时总是伴随着舍入,增加了浮点计算结果不精确甚至出现异常的可能性,并且在实际应用中,无论采用什么样的计算方法、设置多高的精度,都无法完全避免浮点计算异常对计算结果的干扰。论文提出用蜕变测试技术来... 详细信息

IEEE754标准下的浮点数在计算时总是伴随着舍入,增加了浮点计算结果不精确甚至出现异常的可能性,并且在实际应用中,无论采用什么样的计算方法、设置多高的精度,都无法完全避免浮点计算异常对计算结果的干扰。论文提出用蜕变测试技术来测试遥测数据处理程序中遇到的这种不可测的FPC程序,针对这类FPC程序的特征构造复合蜕变关系来缓解Oracle问题,以此提高浮点计算的准确性,进一步确保软件的可靠性。

关键词：浮点计算 FPC程序复合蜕变关系蜕变测试

一种基于DSP的高可靠星载浮点计算平台的设计

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现代工业经济和信息化 2019年第4期9卷 32-33页

作者：张明栋上海航天电子技术研究所上海201109

在对国内外常见星载计算机设计特点进行分析的基础上,提出了一种基于三模冗余的星载浮点计算星载系统。该系统采用通用DSP作为核心处理模块,利用FPGA作为接口桥片,增加了对外部通讯协议的适应性和硬件可扩展性。同时给出了在轨故障预案... 详细信息

在对国内外常见星载计算机设计特点进行分析的基础上,提出了一种基于三模冗余的星载浮点计算星载系统。该系统采用通用DSP作为核心处理模块,利用FPGA作为接口桥片,增加了对外部通讯协议的适应性和硬件可扩展性。同时给出了在轨故障预案,分析表明该设计可以有效解决在轨的潜在单粒子故障或其他软硬件故障。

关键词：星载计算机浮点计算高可靠

基于多类型计算重写的浮点表达式精度优化方法

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计算机科学 2024年第4期51卷 86-94页

作者：郝江伟杨鸿儒夏媛媛刘毅许瑾晨庞建民信息工程大学网络空间安全学院郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室江苏无锡214125 中国科学院软件研究所天基综合信息系统重点实验室北京100190

表达式重写是精度优化领域的新兴方法,其核心思想是在不改变表达式精度类型的前提下,将其变换为语义上等价的表达式以尝试提升精度。然而,面对庞大的变换规则和变换空间,如何选取合适的变换策略成为了重写方法的问题所在。针对上述问题... 详细信息

表达式重写是精度优化领域的新兴方法,其核心思想是在不改变表达式精度类型的前提下,将其变换为语义上等价的表达式以尝试提升精度。然而,面对庞大的变换规则和变换空间,如何选取合适的变换策略成为了重写方法的问题所在。针对上述问题,提出了一个基于多类型计算重写的浮点表达式精度优化方法,支持包括函数计算、四则运算的表达式,并实现了表达式重写工具exprAuto。区别于其他精度优化工具侧重于对子表达式的替换,exprAuto更注重对表达式运算顺序的变换。exprAuto在对表达式化简和数学变换后,通过多项式变换获取不同的计算顺序,并尝试减少运算次数以提升精度,最终生成一个包含不同计算顺序的等价表达式集合,通过排序筛选和误差检测从中选出最终的精度优化结果。文中选取41个FPBench标准集中的表达式和18个常见数学函数的近似多项式作为测试用例,在经exprAuto优化后,所提方法相比原式最大误差降低了45.92%,平均误差降低了34.98%;针对其中的18个近似多项式,相比原式最大误差降低了58.35%,平均误差降低了43.73%。实验结果表明,exprAuto可以有效提升表达式尤其是多项式的精度。

关键词：浮点计算精度优化重写变换

面向浮点数的隐私保护聚类外包计算方案设计与研究

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面向浮点数的隐私保护聚类外包计算方案设计与研究

作者：李敏华东师范大学

学位级别：硕士

聚类分析是数据挖掘和数据分析中的一项主要任务,被广泛应用在生活中,如生物信息处理、模式识别、数字取证、信息检索和目标营销等。近年来云计算迅猛发展,存储/计算能力有限的移动终端设备常常会将大型私有数据集和本地应用（如聚类）... 详细信息

聚类分析是数据挖掘和数据分析中的一项主要任务,被广泛应用在生活中,如生物信息处理、模式识别、数字取证、信息检索和目标营销等。近年来云计算迅猛发展,存储/计算能力有限的移动终端设备常常会将大型私有数据集和本地应用（如聚类）发送到云上进行外包存储和外包运算。而现有的云服务器通常是在半可信或恶意的环境下运行,即云尚未可信。因此,如何在聚类的过程中对云端的加密域进行安全高效的代理运算成为了最重要的问题之一。同态加密技术支持在不解密的状态下对密文进行指定运算操作,适合用来解决外包运算的隐私保护问题。K均值聚类是一种经典的聚类算法,由于简洁高效被广泛使用。在现有的同态加密k-means聚类方案中:1)没有有效的方法来处理浮点数外包密文的存储和计算;2)没有有效的方法在不解密的情况下进行密文比较;3)没有最大程度降低客户端的计算开销。为了解决上述问题,本文提出了一个基于POCF的浮点数隐私保护聚类外包计算方案,该方案做出了以下三个方面的贡献:1.针对以往的同态加密k-means聚类算法不支持小数计算的问题,本文的工作着重于研究并提出了一种面向浮点数的同态加密外包计算聚类方案,根据K均值算法的具体步骤设计了三个安全子协议。并且在本文k-means算法上引入了一种安全的浮点数存储办法。2.针对以往的同态加密k-means方案中不支持密文比较的问题,利用支持部分解密的Pailiier算法PCPD子协议中的SEQ安全比较运算和POCF子协议中的SFPC浮点数安全比较运算,设计了一种支持完全密文距离比较的SSD子协议,能够在密文中求解出k个距离中的最小距离。3.针对云服务器的半可信特征,在方案中利用通用可组合UC模型证明了协议的安全性。在四个数据集上对我们的隐私保护聚类算法进行了全面评估,实验数据显示:随着样本数量的增加服务器端的开销占比达到99%以上,云分摊了更多的运算任务,给计算资源匮乏的用户端带来了最小的同态负载。

关键词：隐私保护同态加密云计算 K均值算法浮点计算

JPEC2000率失真斜率计算的浮点操作及其VLSI结构研究

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中国集成电路 2003年第44期12卷 42-45,82页

作者：龚剑夏宇闻刘雷波北京航空航天大学电子工程系清华大学电子工程系

在采用 JPEG2000算法的图像压缩芯片结构研究中,我们发现编码(EBCOT)部分的计算结构是相当复杂的。其中率失真计算结构是否合理,直接关系到编码算法的效率。本文着重阐述了完成率失真浮点计算所必需的硬件结构;提出了新型的专用于率失... 详细信息

在采用 JPEG2000算法的图像压缩芯片结构研究中,我们发现编码(EBCOT)部分的计算结构是相当复杂的。其中率失真计算结构是否合理,直接关系到编码算法的效率。本文着重阐述了完成率失真浮点计算所必需的硬件结构;提出了新型的专用于率失真计算的除法算法及其结构;在保证计算精度和速度的前提下,最大限度地降低了计算结构的复杂度。本论文提出的计算结构已通过 RTL 级源代码和综合布线后门级仿真,并经过 Xilinx FPGA 测试线路板上运行验证。为确保 JEPG2000图像编码芯片的最终成功流片解决了一个关键问题。

关键词： JPEG2000 图像压缩芯片率失真计算编码EBCOT 浮点计算图像编码芯片

基于QEMU的SIMD指令替换浮点指令框架

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第8期51卷 70-77页

作者：刘登峰李东亚柴志雷周浩杰丁海峰江南大学人工智能与计算机学院江苏无锡214122

现在,几乎每个处理器架构都已经加入了对SIMD(single instruction multiple data)指令的支持,SIMD指令能同时对一组数据执行相同的操作,通过数据并行来提高处理器的处理性能.但是大部分动态二进制翻译器忽略了本地SIMD指令的利用,而是... 详细信息

现在,几乎每个处理器架构都已经加入了对SIMD(single instruction multiple data)指令的支持,SIMD指令能同时对一组数据执行相同的操作,通过数据并行来提高处理器的处理性能.但是大部分动态二进制翻译器忽略了本地SIMD指令的利用,而是以软件语言实现来模拟浮点计算.本文提出了一种基于QEMU翻译系统的FP-QEMU框架,FP-QEMU框架采用SIMD指令来优化替换浮点计算指令,并在X86和ARM平台上完成了完整的浮点实现.该框架可以识别动态二进制翻译系统中的浮点计算优化机会并利用SIMD指令来提升系统翻译的性能.采用SPEC 2006作为测试基准,实验表明相比QEMU,FP-QEMU跨平台的ARM应用在X86计算机上运行的最高加速比可达51.5%,平均加速比达到37.42%.

关键词： SIMD QEMU 动态二进制翻译浮点计算

维普期刊数据库博看期刊

基于SIMD扩展部件的长向量超越函数实现方法

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计算机科学 2021年第6期48卷 26-33页

作者：刘聃郭绍忠郝江伟许瑾晨信息工程大学数学工程与先进计算国家重点实验室郑州450002

基础数学函数库是计算机系统非常关键的软件模块,然而国产申威平台上的长向量超越函数只能依靠循环调用系统标量函数来间接实现,该方法无法充分发挥申威平台SIMD扩展部件的计算性能。为了有效解决此问题,实现了申威平台基于SIMD扩展部... 详细信息

基础数学函数库是计算机系统非常关键的软件模块,然而国产申威平台上的长向量超越函数只能依靠循环调用系统标量函数来间接实现,该方法无法充分发挥申威平台SIMD扩展部件的计算性能。为了有效解决此问题,实现了申威平台基于SIMD扩展部件底层优化的长向量超越函数,提出了浮点计算融合算法,解决了两分支结构算法难以向量化的问题;提出了基于Estrin算法动态分组的大阶数多项式实现方法,提高了多项式汇编计算的流水性能。这是在国产申威平台上首次实现长向量超越函数库,提供的函数接口包含三角函数、反三角函数、对数函数、指数函数等。实验结果表明,双精度版本最大误差控制在3.5ULP(unit in the last place)以下,单精度版本最大误差控制在0.5ULP以下,该性能与申威平台直接循环调用系统标量函数相比有显著提高,平均加速比为3.71。

关键词：基础数学库向量超越函数国产平台流水优化浮点计算