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申威26010众核处理器上Winograd卷积算法的研究与优化

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计算机研究与发展 2024年第4期61卷 955-972页

作者：武铮金旭安虹中国科学技术大学计算机科学与技术学院合肥230026

卷积作为深度学习中被频繁使用的关键部分,其并行算法的研究已成为高性能计算领域中的热门话题.随着我国自主研发的申威26010众核处理器在人工智能领域的快速发展,对面向该处理器的高性能并行卷积算法提出了迫切的需求.针对申威26010处... 详细信息

卷积作为深度学习中被频繁使用的关键部分,其并行算法的研究已成为高性能计算领域中的热门话题.随着我国自主研发的申威26010众核处理器在人工智能领域的快速发展,对面向该处理器的高性能并行卷积算法提出了迫切的需求.针对申威26010处理器的架构特征以及Winograd卷积算法的计算特性,提出了一种高性能并行卷积算法——融合Winograd卷积算法.该算法不同于依赖官方GEMM(general matrix multiplication)库接口的传统Winograd卷积算法,定制的矩阵乘实现使得该算法的执行过程变得可见,且能够更好地适应现实中常见卷积运算.整个算法由输入的Winograd变换、卷积核的Winograd变换、核心运算和输出的Winograd逆变换4部分构成,这4个部分并不是单独执行而是融合到一起执行.通过实时地为核心运算提供需要的变换后数据,并将计算结果及时地逆变换得到最终的输出数据,提高了算法执行过程中的数据局部性,极大地降低了整体的访存开销.同时,为该算法设计了合并的Winograd变换模式、DMA(direct memory access)双缓冲、片上存储的强化使用、输出数据块的弹性处理以及指令重排等优化方案.最终的实验结果表明,在VGG网络模型的总体卷积测试中,该算法性能是传统Winograd卷积算法的7.8倍.同时,抽取典型卷积神经网络模型中的卷积进行测试,融合Winograd卷积算法能够在所有的卷积场景中发挥明显高于传统Winograd卷积算法的性能.其中,最大能够发挥申威26010处理器峰值性能的116.21%,平均能够发挥峰值性能的93.14%.

关键词：深度学习 Winograd卷积高性能计算并行算法申威处理器

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申威处理器调试器研究与实现

机电产品开发与创新 2023年第2期36卷 74-75,85页

作者：甘林李晋王荣丰成都申威科技有限责任公司四川成都610200

由于申威处理器维护、诊断、调试工具少,市面上很难找到灵活方便的调试手段。针对这些问题,我们创新的设计了一种调试器构想:它接受上位机调试指令,解析并转换为申威处理器能理解的指令格式,并通过Jtag调试接口,发送给申威处理器,然后... 详细信息

由于申威处理器维护、诊断、调试工具少,市面上很难找到灵活方便的调试手段。针对这些问题,我们创新的设计了一种调试器构想:它接受上位机调试指令,解析并转换为申威处理器能理解的指令格式,并通过Jtag调试接口,发送给申威处理器,然后获取申威处理器返回的数据或结果,重新封包后发送给上位机。此调试器可用于申威3A(421、421M、1621)、3B(831、3231)等处理器类型。

关键词：申威处理器维护调试 Jtag

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DPDK在国产申威处理器平台上的应用与研究

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信息安全研究 2018年第1期4卷 53-62页

作者：明旭何慧文陈磊北京中科网威信息技术有限公司北京100094

发展自主可控处理器,对我国新时代中国特色社会主义的建设具有重大的战略意义.经过10多年的发展,国产申威处理器在超算等领域取得了举世瞩目的成就,已经基本具备了与当今国际先进处理器相抗衡的能力.DPDK是Intel提供的数据平面开发工具... 详细信息

发展自主可控处理器,对我国新时代中国特色社会主义的建设具有重大的战略意义.经过10多年的发展,国产申威处理器在超算等领域取得了举世瞩目的成就,已经基本具备了与当今国际先进处理器相抗衡的能力.DPDK是Intel提供的数据平面开发工具集,由一系列功能库、网卡驱动组成,开发者可以利用这些库进行二次开发,实现网络数据包的快速处理.基于DPDK实现用户态网络协议栈,且用户态协议栈可以避免中断,避免不必要的上下文切换,可以作到真正的zero-copy,在云计算,大数据场景下越发重要.DPDK正在SDN和NFV中发挥越来越重要的作用,并逐渐成为事实上的标准.将DPDK移植到国产申威处理器硬件的平台上,不仅可以大幅提升基于申威平台的网络设备的数据包处理能力,还可以拓宽申威硬件平台在高性能计算、大数据平台、安全设备以及服务器领域的应用.首先阐述了将DPDK移植到国产申威处理器平台上的重要意义,并简述了DPDK的架构和核心技术;然后分析了将DPDK移植到申威处理器平台上的难点,描述了移植工作的具体技术实现;最后,简述了基于申威SW411处理器的防火墙原型机的设计与实现工作,并通过对比移植前后原型机的关键性能指标,验证了DPDK移植到申威平台上能够达到的效果.

关键词： DPDK 申威处理器移植框架协议栈

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基于国产申威处理器的自主可控产品实践之路

网络空间安全 2018年第7期9卷 78-81页

作者：施光源北京华胜天成信息技术发展有限公司北京100193

随着"熔断、幽灵"等核心芯片安全事件发生,基于自主可控芯片的产品对我国关键基础设施领域具有重要意义与作用。论文针对自主可控产业发展进行深入分析,在此基础上,对基于国产申威处理器的自主可控服务器研发路线进行阐述。最后通过应... 详细信息

随着"熔断、幽灵"等核心芯片安全事件发生,基于自主可控芯片的产品对我国关键基础设施领域具有重要意义与作用。论文针对自主可控产业发展进行深入分析,在此基础上,对基于国产申威处理器的自主可控服务器研发路线进行阐述。最后通过应用案例分析说明自主可控产品具备国产化替代能力,对提升我国重要领域的基础设施安全具有重要意义。

关键词：自主可控芯片申威处理器服务器

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基于申威SIMD指令的H.264编码优化

现代电子技术 2024年第6期47卷 49-54页

作者：黄朴刘世巍张昊王聪中电科申泰信息科技有限公司江苏无锡214000

国产化申威处理器出现较晚,其在多媒体领域中的性能还不突出,同时通用处理器中的单指令流多数据流(SIMD)因能有效提升并行处理能力而受到处理器厂商的青睐。为提高国产化自主平台申威架构的多媒体处理能力,结合申威架构Core3B体系的SIM... 详细信息

国产化申威处理器出现较晚,其在多媒体领域中的性能还不突出,同时通用处理器中的单指令流多数据流(SIMD)因能有效提升并行处理能力而受到处理器厂商的青睐。为提高国产化自主平台申威架构的多媒体处理能力,结合申威架构Core3B体系的SIMD指令系统,提出一种基于申威架构的SIMD指令集H.264编码优化方法。结合申威处理器的并行结构特点,利用申威适配的Perf、Top指令等系统性能分析工具,采集两种主流视频分辨率下与编码性能强相关的高频热点函数,详细分析其程序并行化可行性,采用手工嵌入申威SIMD和访存扩展等汇编指令进行细粒度优化。实验结果表明,该方法在申威架构下的H.264平均编码性能提升了约30%。相应工作成果已推送到申威社区,增强了基于申威处理器的国产计算机在桌面多媒体应用领域的工作体验。

关键词：单指令流多数据流 H.264标准申威处理器热点函数程序并行化细粒度

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基于申威NMII的锁死故障监测与诊断

计算机应用研究 2024年第4期41卷 1015-1021页

作者：郜晨何升杭骁骞无锡先进技术研究院江苏无锡214026

国产申威处理器的不可屏蔽核间中断(NMII)具有必须由某一核心主动发起的特性,导致目前无法适用Linux通用的锁死故障监测算法,严重情况下将影响关键领域的数据处理。针对该问题设计适用于申威架构的锁死故障监测与诊断系统。采用链式结... 详细信息

国产申威处理器的不可屏蔽核间中断(NMII)具有必须由某一核心主动发起的特性,导致目前无法适用Linux通用的锁死故障监测算法,严重情况下将影响关键领域的数据处理。针对该问题设计适用于申威架构的锁死故障监测与诊断系统。采用链式结构发送NMII请求,结合定时器事件和内核线程进行锁死时间戳检查,实现系统内单核心的软锁死与硬锁死监测;基于故障容错机制,采用主从式结构监测所有核心状态,当主核心发生故障时,执行容错措施并迁移主核心,实现系统内多核心故障的锁死监测;设计基于NMII的任务模型,实现锁死故障核心的诊断信息输出并扩展NMII应用场景。测试结果表明,所提算法在低与高故障风险下均可实现锁死故障的准确检出并作出实时诊断,满足申威平台锁死故障监测与诊断的可靠性与实时性要求。

关键词：申威处理器不可屏蔽中断操作系统锁死故障诊断看门狗

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基于申威421处理器的视频解码SIMD优化技术研究

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基于申威421处理器的视频解码SIMD优化技术研究

作者：裴航中原工学院

学位级别：硕士

随着互联网的高速发展以及第五代移动通信技术的到来,各个领域对多媒体品质的要求日益提高,视频作为多媒体的关键载体其高清质量的高效压缩逐渐成为研究热点。H.264视频编解码标准作为发展比较成熟的编解码格式,一直应用于人们生活的各... 详细信息

随着互联网的高速发展以及第五代移动通信技术的到来,各个领域对多媒体品质的要求日益提高,视频作为多媒体的关键载体其高清质量的高效压缩逐渐成为研究热点。H.264视频编解码标准作为发展比较成熟的编解码格式,一直应用于人们生活的各个场景。但H.264视频编解码标准在拥有更高编解码质量的同时,带来的是编解码复杂度的增加,导致视频解码性能降低,影响用户的多媒体视觉体验。为满足国产申威平台用户的多媒体需求,推进申威处理器生态软件的发展,对H.264解码器的移植与优化有着很重要的意义。申威421是国产第三代多核处理器,其搭载的SIMD指令集体系非常适合多媒体程序的并行优化。本研究首先对H.264解码器的开源程序FFmpeg进行移植,H.264解码器在申威平台移植后遇到解码效率低,视频播放不流畅等问题。为提升视频解码性能,对FFmpeg开源编解码库中H.264解码器进行了详细分析,使用性能分析工具找到视频解码的瓶颈函数。然后充分利用申威处理器的SIMD扩展部件,对解码器帧间运动补偿、去块滤波、反变换等关键模块代码进行向量指令替换来缩短指令周期,实现关键模块算法的SIMD并行计算,从而提升多媒体程序运行速度。实验平台基于申威421处理器及搭载Debian的Linux桌面操作系统deepin15.5。实验结果表明,在保证没有损失视频品质的情况下,模块化效果测试中帧间运动补偿模块的性能提升最为明显。对于解码器的整体优化效果,优化后的视频解码性能最高提升了35.3%,对于高分辨率的视频序列播放更为流畅。在一定程度上表明了申威SIMD技术对于多媒体应用的性能提升是有效的,解决了视频播放不流畅问题,有效的推动了申威处理器市场化发展。

关键词：申威处理器 SIMD FFmpeg多媒体库 H.264 视频解码

面向申威421处理器的视频编解码库优化技术研究

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面向申威421处理器的视频编解码库优化技术研究

作者：王威中原工学院

学位级别：硕士

随着视频技术的发展,人们对视频质量和压缩效率的需求越来越高,需要更高效的编码标准来满足大众日常需求。高效视频编码（High Efficiency Video Coding,HEVC）标准于2013年被发布,能够获得与H.264/AVC相同视频分辨率和压缩效率基础上,... 详细信息

随着视频技术的发展,人们对视频质量和压缩效率的需求越来越高,需要更高效的编码标准来满足大众日常需求。高效视频编码（High Efficiency Video Coding,HEVC）标准于2013年被发布,能够获得与H.264/AVC相同视频分辨率和压缩效率基础上,并且可以节约50%的视频码流。HEVC标准能够高效处理视频码流是因为采用先进的编码技术,但是编码算法的复杂度却大大增加,主要体现在帧间预测模块中。因此在不影响HEVC视频质量的前提下,提升编码性能是主要的研究方向。HEVC标准逐渐成为了视频行业的主要应用标准,FFmpeg编解码库和X265编码库比较符合HEVC标准的编解码函数库。两者具有较好的可移植性,能够适用于不同处理器的架构。申威处理器是基于我国自主研制架构的国产处理器,具有自主可控性,能够适用于服务器和桌面机。相比较x86、intel等架构,目前申威平台下,对处理HEVC标准视频的编解码函数库还不太完善。FFmpeg编解码库和X265编码库不能完全适用于申威处理器,两者在申威421处理器下编译时还不能识别申威架构,需要将两者移植到基于申威架构的申威421处理器。移植过后的编解码函数库在视频转换过程中会出现浮点异常,并且两者能够正常进行视频转换后,对HEVC标准的视频转换效率较低。为了促进多媒体软件在国产申威421处理器的有效运行,本文开展了相关的代码移植和优化工作,主要工作内容与贡献点如下:1.总结了对HEVC标准视频处理过程中所用到的关键技术,并且对目前市面上的编解码函数库进行分析,选出FFmpeg编解码库和X265编码库是作为移植到申威421处理器合适的对象,并对两者处理视频时所用到的主要函数编解流程进行总结。2.详细分析了FFmpeg编解码库和X265编码库移植到申威421处理器存在的问题,发现两者在软件编译的过程中不能识别申威架构;在转换成HEVC标准视频的过程中出现浮点异常的错误;X265编码库不具备调用Open MP线程库的功能。通过在编译阶段增添识别申威架构的指令、使用申威浮点控制寄存器指令和编写X265编码库的编译文件链接到Open MP线程库解决以上问题。3.X265视频编码函数库移植到申威架构的编码性能较低。为了提高国产平台上的音视频处理能力,分析了X265编码库中视频编码的各个编码模块性能。针对HEVC编码标准中的编码模块在申威处理器视频转换过程中耗时较多的问题,采用Open MP多线程技术、代码优化和向量化技术对编码模块进行了优化。通过实验验证了采用本文的优化方法在申威平台下对X265视频编码库是否有优化效果,通过6个测试序列的实验结果表明,优化后的X265编码库对视频编码时间效率和视频PSNR值方面都有一定提升。

关键词：申威处理器多线程 SIMD向量化 HEVC 帧间预测

一种基于国产申威SW3231处理器的高速存储设备的设计

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电子质量 2021年第12期 52-57页

作者：郭兴罗凯刘彦飞长沙瑞腾信息技术有限公司湖南长沙410005 重庆警察学院重庆400000

随着基础传感器技术和信号分析技术的进步在军事高速数据采集领域如:雷达、卫星、无线电、光电、激光等高频物理信号研究方面,由于试验、监测及装备的需要,对于原始信号的长时间捕捉与存储需求也日益增强。该文研究一种基于国产申威SW3... 详细信息

随着基础传感器技术和信号分析技术的进步在军事高速数据采集领域如:雷达、卫星、无线电、光电、激光等高频物理信号研究方面,由于试验、监测及装备的需要,对于原始信号的长时间捕捉与存储需求也日益增强。该文研究一种基于国产申威SW3231处理器的高速存储设备,可满足军用关键领域大数据卸载和记录,以及解决高速存储领域以欧美技术为主导,卡脖子的窘境。

关键词：申威处理器全国产化 PCI-E4.0 NVME