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一种面向纠删码的存储库优化方法

计算机研究与发展 2024年

作者：谢汶兵关睿雪张艺鸣李佳梅王俊无锡先进技术研究院

信息时代，数据存储的可靠性、一致性、安全性和实时性至关重要.纠删码在允许多个存储设备发生故障的同时保证了最低的存储开销，被大量应用在数据存储领域.纠删码的编码与解码运算具有计算密集的特征，其性能高低直接影响着存储系统的... 详细信息

信息时代，数据存储的可靠性、一致性、安全性和实时性至关重要.纠删码在允许多个存储设备发生故障的同时保证了最低的存储开销，被大量应用在数据存储领域.纠删码的编码与解码运算具有计算密集的特征，其性能高低直接影响着存储系统的使用效率.作为编码和解码运算中最耗时的部分，多层循环包裹的伽罗华域乘法计算是纠删码优化的一个焦点.首先分析了伽罗华域乘法计算的查表方法中常用的log查表法、完全乘法查表法、移位分解法的优劣势，然后对已有的伽罗华域GF(28)查表方法进行了优化，提出4 b分割法以大幅减少查表开销.在此基础上，利用64位现代处理器体系结构特点，从数据访问粒度扩展和单指令多数据（single instruction multiple data， SIMD）向量化利用实现数据级并行化2个角度优化了多层循环中的数据级访问粒度，提高了编码与解码的运算性能.基于开源存储加速库（Intel storage acceleration library， ISA-L）在申威平台和x86平台上实现和验证了上述优化方法的有效性，结果表明：所提优化方法在不同数据规模下均有加速效果，申威平台与优化前相比平均性能加速比为3.28倍，x86平台与优化前相比平均性能加速比为2.36倍.

关键词：纠删码伽罗华域乘法 4 b分割法数据访问粒度 SIMD向量化数据查表

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大推力液氧甲烷火箭发动机技术研究进展

航空学报 2024年第11期45卷 1-13,I0002页

作者：谭永华航天推进技术研究院西安710100

液氧甲烷具有来源丰富、冷却性能好、燃烧温度低、不易结焦和积炭等优势,在可重复使用发动机上具有广阔的应用前景,从而使得高性能大推力液氧甲烷火箭发动机成为未来深空探测等重大航天任务的热点研究方向。通过计算对比分析了以液氧甲... 详细信息

液氧甲烷具有来源丰富、冷却性能好、燃烧温度低、不易结焦和积炭等优势,在可重复使用发动机上具有广阔的应用前景,从而使得高性能大推力液氧甲烷火箭发动机成为未来深空探测等重大航天任务的热点研究方向。通过计算对比分析了以液氧甲烷、液氧煤油和液氧液氢为推进剂的3种发动机性能参数的优劣性,结果表明大推力液氧甲烷火箭发动机在可重复使用一级主动力发动机上具有优势。总结了国内外大推力液氧甲烷火箭发动机的研制历程,论述了大推力液氧甲烷火箭发动机研制所涉及到的六大关键技术和中国在各项技术上的研制进展,相应地提出了中国发展大推力液氧甲烷火箭发动机亟待解决的主要问题,展望了未来中国可重复使用大推力液氧甲烷火箭发动机实现工程应用的前景。

关键词：液氧甲烷火箭发动机大推力高性能可重复使用深空探测

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面向申威平台的SIMD编程接口设计与研究

计算机科学 2024年

作者：姜军顾晓阳徐坤坤吕勇帅黄亮明无锡先进技术研究院

在国产申威处理器中，申威GCC编译器在对程序进行向量化时，使用自动向量化和内嵌汇编的方式很难对某些复杂的程序进行向量化，阻碍了国产申威处理器的性能发挥。针对部分程序不能向量化的问题，在申威GCC编译器中进行SIMD编程接口的设... 详细信息

在国产申威处理器中，申威GCC编译器在对程序进行向量化时，使用自动向量化和内嵌汇编的方式很难对某些复杂的程序进行向量化，阻碍了国产申威处理器的性能发挥。针对部分程序不能向量化的问题，在申威GCC编译器中进行SIMD编程接口的设计与研究。在申威向量指令的基础上，通过在申威GCC编译器中添加向量机器模式和向量数据类型，编译器可以对向量参数类型进行识别。根据向量指令的类型和复杂度，分别使用内建函数扩展、操作符扩展和高级语言扩展三种方式实现SIMD编程接口函数。在后端添加不同的指令模板，使接口函数可以匹配相应的指令模板，生成对应向量指令的汇编代码。通过对FFTW库和Hyperscan库进行测试和分析，相比优化前的程序，使用SIMD编程接口进行向量化后，FFTW中Double类和Float类型程序的平均加速比分别为1.97和2.13，Hyperscan平均加速比为2.94。

关键词：向量化 SIMD编程接口向量指令内建函数指令模板

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基于申威平台寄存器溢出策略的预选先验优化

计算机科学 2024年

作者：蔡淳豪梁淑萍姜军邵宁远无锡先进技术研究院

在国产多核处理器申威平台上，申威JDK的C2即时编译器通过图着色寄存器分配算法完成寄存器分配工作。即时编译器在分配寄存器时并没有考虑国产处理器的指令特征，导致编译器生成了过多的访存代码，从而无法更全面地发挥国产处理器的性... 详细信息

在国产多核处理器申威平台上，申威JDK的C2即时编译器通过图着色寄存器分配算法完成寄存器分配工作。即时编译器在分配寄存器时并没有考虑国产处理器的指令特征，导致编译器生成了过多的访存代码，从而无法更全面地发挥国产处理器的性能。为了更充分地发挥申威国产处理器的性能，提出了一种减少图着色寄存器分配时溢出代码的编译优化策略。优化策略基于图着色寄存器分配算法，根据在申威平台上特殊信息的寄存器规律，构造先验模型并按照先验模型调整溢出策略，从而减少访存代码的生成。本文在申威JDK上实现了优化，并基于基准测试集SPECjbb2015和SPECjvm2008验证了优化的效果。实验结果表明，优化后SPECjbb2015的max-jOPS 和critical-jOPS分数分别提升了4.20%和5.98%，SPECjvm2008的总分提升2.02%。

关键词：图着色寄存器分配访存寻址溢出代码编译优化

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基于循环代价分析的循环不变量外提算法

计算机科学 2024年

作者：姜军翟彦河曾志恒顾轶超黄亮明无锡先进技术研究院

循环不变量外提算法是一种针对程序中循环结构的常用编译优化算法，通过将循环体中的不变计算移动到循环外部，来减少重复计算的开销，从而提高程序运行的速度。但在LLVM编译器中，传统的循环不变量外提算法会将全部循环不变量外提到循... 详细信息

循环不变量外提算法是一种针对程序中循环结构的常用编译优化算法，通过将循环体中的不变计算移动到循环外部，来减少重复计算的开销，从而提高程序运行的速度。但在LLVM编译器中，传统的循环不变量外提算法会将全部循环不变量外提到循环体外部，当循环不变量达到一定数量时会导致寄存器溢出，在循环内引入额外的访存代价，对循环产生负优化效果。针对上述问题，在传统LLVM循环不变量外提算法的基础上，引入了一种循环代价分析算法，计算循环不变量在循环体中的运行代价和外提操作可能带来的溢出代价，评估其外提可能带来的收益，只对产生正收益的循环不变量进行外提，在有效减少循环体内重复计算的同时，规避引入额外开销的风险。在国产申威831处理器平台，使用典型用例进行优化效果测评，在千万级循环下相较于传统循环不变量优化算法，提出的新优化算法具有17%以上的性能提升；使用SPEC CPU2017基准测试集（SPECspeed 2017 Interger套件）、Perl解释器DKbench基准测试集、Python解释器pyperformance基准测试集进行综合优化效果测评，结果表明，相较传统循环不变量优化算法，提出的新优化算法分别具有0.4%、0.63%和1%的性能提升。

关键词： LLVM编译器编译优化循环不变量外提寄存器溢出循环代价分析

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航天器自组网技术实践与展望

航空学报 2024年第5期45卷 117-127页

作者：苏继东徐伟琳翟盛华王伟何亚婷中国空间技术研究院西安分院载荷总体部西安710100 中国空间技术研究院西安分院空间通信与导航技术研究所西安710100 中国空间技术研究院西安分院空间天线技术研究所西安710100

空间自组网技术的研究对提升航天器编队空间拓扑适应能力、星间链路可靠性和卫星网络故障容错能力具有重要的意义。随着航天任务对星群规模和多星协同能力的要求越来越高,科研工作者对航天器自组网技术进行了深入研究,并取得了显著成果... 详细信息

空间自组网技术的研究对提升航天器编队空间拓扑适应能力、星间链路可靠性和卫星网络故障容错能力具有重要的意义。随着航天任务对星群规模和多星协同能力的要求越来越高,科研工作者对航天器自组网技术进行了深入研究,并取得了显著成果。主要梳理了航天器组网任务的拓扑构型、链路特点、轨道构型,分析了航天器组网的特点与发展趋势。同时介绍了应用于航天器自组网领域的基于节点拓扑规划的时频同步测量技术、网络多域信息主动认知的组网路由技术、基于相控阵捷变波束指向的自组网通信技术等。最后,思考总结了一些开放性问题及其发展趋势,可为后续从事该方面的研究人员提供参考和借鉴。

关键词：空间自组网拓扑规划时间同步测量多域信息认知捷变波束控制

高强钢弹体高速侵彻混凝土靶的刚体临界侵彻速度研究

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爆炸与冲击 2024年第10期44卷 145-155页

作者：钱秉文周刚李名锐尹立新高鹏飞陈春林马坤西北核技术研究院陕西西安710024

刚体临界侵彻速度的理论准确预测是高强钢弹体高速侵彻混凝土靶研究中的关键问题,本文中利用二级轻气炮开展了克级高强钢(G50)卵形头长杆弹以1010~1660 m/s的速度侵彻C40混凝土靶实验研究,获取了刚体临界侵彻速度和侵彻深度实验数据,并... 详细信息

刚体临界侵彻速度的理论准确预测是高强钢弹体高速侵彻混凝土靶研究中的关键问题,本文中利用二级轻气炮开展了克级高强钢(G50)卵形头长杆弹以1010~1660 m/s的速度侵彻C40混凝土靶实验研究,获取了刚体临界侵彻速度和侵彻深度实验数据,并开展了刚体临界侵彻速度和考虑弹体头部磨蚀的侵彻深度理论分析,得到结论如下:(1)克级G50卵形头长杆弹侵彻C40混凝土靶时的刚体临界侵彻速度区间为1320~1520 m/s;(2)基于已有侵彻模型,建立了新的刚体临界侵彻速度理论模型,模型计算结果与本文及文献中的系列实验结果吻合较好;(3)建立了考虑头部侵蚀的侵彻深度模型,与实验结果吻合较好;(4)弹体屈服强度对刚体临界侵彻速度有显著影响,靶体无围压抗压强度对刚体临界侵彻速度有较小影响,实验前的弹体头形系数和弹体尺寸对刚体临界侵彻速度无显著影响。

关键词：高速侵彻刚体临界侵彻速度高强钢混凝土二级轻气炮

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水量热法^(60)Coγ射线水吸收剂量的绝对测量

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核技术 2024年第7期47卷 25-31页

作者：杨乾范杰许诗朦中国测试技术研究院成都610021

目前国内大多数放射治疗剂量只能溯源到^(60)Co γ射线空气比释动能,与溯源至空气比释动能相比,将放射治疗剂量直接溯源至水吸收剂量的不确定度要小很多。为了解决^(60)Co γ射线水吸收剂量量值溯源与传递问题,进一步提升^(60)Co γ射... 详细信息

目前国内大多数放射治疗剂量只能溯源到^(60)Co γ射线空气比释动能,与溯源至空气比释动能相比,将放射治疗剂量直接溯源至水吸收剂量的不确定度要小很多。为了解决^(60)Co γ射线水吸收剂量量值溯源与传递问题,进一步提升^(60)Co γ射线水吸收剂量的量值溯源与传递能力,中国测试技术研究院(National Institute of Measurement and Testing Technology,NIMTT)采用水量热法建立了^(60)Co γ射线水吸收剂量绝对测量装置,实现了水吸收剂量的绝对测量,复现了^(60)Co γ射线水吸收剂量,其量值复现的相对标准不确定度为0.45%。为了进一步验证^(60)Co γ射线水吸收剂量复现结果的准确性与一致性,将NIMTT实验室与加拿大国家研究委员会(National Research Council,NRC)实验室的复现结果进行了实验室之间的比对,结果在相对标准不确定度0.71%以内呈现一致性,归一化误差En值为-0.45。表明NIMTT具有^(60)Co γ射线水吸收剂量量值溯源与传递的能力,本研究结果也为^(60)Co γ射线吸收剂量的绝对测量提供了参考。

关键词：水量热法水吸收剂量电离辐射绝对测量

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准二维钙钛矿中结晶调控与低阈值微纳激光器

材料导报 2024年第12期38卷 22-26页

作者：高华兴张红旗李璇中国空间技术研究院北京100094

准二维(Q-2D)钙钛矿由于大的激子结合能和量子限域作用,是一种可以应用于光电器件构筑的有前途的材料。然而,Q-2D钙钛矿是具有丰富晶界和界面的多相结构,在能量传递过程中导致非辐射损耗。本工作通过操纵不同n相的结晶动力学过程,实现了... 详细信息

准二维(Q-2D)钙钛矿由于大的激子结合能和量子限域作用,是一种可以应用于光电器件构筑的有前途的材料。然而,Q-2D钙钛矿是具有丰富晶界和界面的多相结构,在能量传递过程中导致非辐射损耗。本工作通过操纵不同n相的结晶动力学过程,实现了Q-2D钙钛矿中更高效的能量传递。通过在Q-2D钙钛矿前驱体中引入钠离子来实现对Q-2D钙钛矿成核和生长过程的操控。研究表明,钠离子的掺入促进高n相的成核,使不同n相在空间上更均匀地分布,寿命的表征证实该操作促进了能量的转移。得益于这种高效的能量传递过程,与普通薄膜体系的光放大阈值(23.3μJ·cm^(-2))相比,掺杂薄膜的光放大阈值降低至14.3μJ·cm^(-2)。该研究提供了一种有效的优化Q-2D钙钛矿光子学性能的新方法,从而进一步拓宽Q-2D钙钛矿的光子学应用范围。

关键词：准二维钙钛矿 Na+掺杂结晶调控能量传递微纳激光器