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swLLVM:面向神威新一代超级计算机的优化编译器

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软件学报 2024年第5期35卷 2359-2378页

作者：沈莉周文浩王飞肖谦武文浩张鲁飞安虹漆锋滨中国科学技术大学安徽合肥230026 国家并行计算机工程技术研究中心北京100190 江南计算技术研究所江苏无锡214083 清华大学北京100084

异构众核架构具有超高的能效比,已成为超级计算机体系结构的重要发展方向.然而,异构系统的复杂性给应用开发和优化提出了更高要求,其在发展过程中面临好用性和可编程性等众多技术挑战.我国自主研制的神威新一代超级计算机采用了国产申... 详细信息

异构众核架构具有超高的能效比,已成为超级计算机体系结构的重要发展方向.然而,异构系统的复杂性给应用开发和优化提出了更高要求,其在发展过程中面临好用性和可编程性等众多技术挑战.我国自主研制的神威新一代超级计算机采用了国产申威异构众核处理器SW26010Pro.为了发挥新一代众核处理器的性能优势,支撑新兴科学计算应用的开发和优化,设计并实现面向SW26010Pro平台的优化编译器swLLVM.该编译器支持Athread和SDAA双模态异构编程模型,提供多级存储层次描述及向量操作扩展,并且针对SW26010Pro架构特点实现控制流向量化、基于代价的节点合并以及针对多级存储层次的编译优化.测试结果表明,所设计并实现的编译优化效果显著,其中,控制流向量化和节点合并优化的平均加速比分别为1.23和1.11,而访存相关优化最高可获得2.49倍的性能提升.最后,使用SPEC CPU2006标准测试集从多个维度对swLLVM进行了综合评估,相较于SWGCC的相同优化级别,swLLVM整型课题性能平均下降0.12%,浮点型课题性能平均提升9.04%,整体性能平均提升5.25%,编译速度平均提升79.1%,代码尺寸平均减少1.15%.

关键词：异构众核编译系统编程模型存储层次向量化节点合并访存优化

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模糊测试技术的研究进展与挑战

信息安全研究 2024年第7期10卷 668-674页

作者：汪美琴夏旸贾琼陈志浩刘明哲北京计算机技术及应用研究所北京100854

模糊测试作为一种高效的漏洞挖掘技术,近年来发展快速,受到了越来越多研究人员的广泛关注.为了深入研究模糊测试技术,介绍了模糊测试的定义,分析了优点和缺点;从种子选择的能量调度、测试用例变异算法、模糊测试执行性能、混合模糊测试... 详细信息

模糊测试作为一种高效的漏洞挖掘技术,近年来发展快速,受到了越来越多研究人员的广泛关注.为了深入研究模糊测试技术,介绍了模糊测试的定义,分析了优点和缺点;从种子选择的能量调度、测试用例变异算法、模糊测试执行性能、混合模糊测试等方面,总结了模糊测试的研究进展,比较了各项研究的改进点和不足,进一步提出了模糊测试未来改进的建议;描述了模糊测试在操作系统内核、协议、固件、深度学习等领域的漏洞挖掘研究成果;对模糊测试未来的挑战和研究热点提出一些思考.

关键词：模糊测试漏洞挖掘网络安全逆向分析漏洞验证

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智能数据可视分析技术综述

软件学报 2024年第1期35卷 356-404页

作者：骆昱宇秦雪迪谢宇鹏李国良清华大学计算机科学与技术系北京100084 青海大学计算机技术与应用系青海西宁810016

如何从海量数据中快速有效地挖掘出有价值的信息以更好地指导决策,是大数据分析的重要目标.可视分析是一种重要的大数据分析方法,它利用人类视觉感知特性,使用可视化图表直观呈现复杂数据中蕴含的规律,并支持以人为本的交互式数据分析.... 详细信息

如何从海量数据中快速有效地挖掘出有价值的信息以更好地指导决策,是大数据分析的重要目标.可视分析是一种重要的大数据分析方法,它利用人类视觉感知特性,使用可视化图表直观呈现复杂数据中蕴含的规律,并支持以人为本的交互式数据分析.然而,可视分析仍然面临着许多挑战,例如数据准备代价高、交互响应高延迟、可视分析高门槛和交互模式效率低.为应对这些挑战,研究者从数据管理、人工智能等视角出发,提出一系列方法以优化可视分析系统的人机协作模式和提高系统的智能化程度.系统性地梳理、分析和总结这些方法,提出智能数据可视分析的基本概念和关键技术框架.然后,在该框架下,综述和分析国内外面向可视分析的数据准备、智能数据可视化、高效可视分析和智能可视分析接口的研究进展.最后,展望智能数据可视分析的未来发展趋势.

关键词：数据可视化可视分析智能数据可视分析数据管理人工智能

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摩尔纹图案自动去除技术综述

计算机研究与发展 2024年第3期61卷 728-747页

作者：亓文法刘宇鑫郭宗明北京大学王选计算机研究所北京100080

如今,数码相机和智能手机在人们的生活中扮演着越来越重要的角色,已经成为人们感知世界、记录信息和沟通交流的主要工具.当使用这些设备拍摄电子屏幕时,显示设备和摄像头传感器网格之间往往会发生混叠,通常导致图片中存在不规则分布的... 详细信息

如今,数码相机和智能手机在人们的生活中扮演着越来越重要的角色,已经成为人们感知世界、记录信息和沟通交流的主要工具.当使用这些设备拍摄电子屏幕时,显示设备和摄像头传感器网格之间往往会发生混叠,通常导致图片中存在不规则分布的摩尔纹干扰图案,从而严重影响了拍摄图像的视觉质量效果.因此,摩尔纹图案去除方法研究对于拍摄图像的后期处理具有重要意义.为此,详细梳理了摩尔纹去除研究的发展脉络,并根据不同的适用场景和技术实现将现有方法分为2类:基于先验知识的摩尔纹去除方法和基于深度学习的摩尔纹去除方法.鉴于深度学习网络中训练数据集的收集和对齐方式不同,该类方法又分为基于卷积神经网络(CNN)的摩尔纹去除方法和基于生成式对抗网络(GAN)的摩尔纹去除方法.在此基础上,选择相同的公开数据集,对主流的深度学习方法进行算法实现和性能对比分析,并分别总结了各类方法的优缺点.最后,对未来的研究方向进行展望.

关键词：摩尔纹图案图像恢复多尺度深度学习卷积神经网络生成式对抗网络

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大语言模型评估技术研究进展

数据采集与处理 2024年第3期39卷 502-523页

作者：赵睿卓曲紫畅陈国英王坤龙徐哲炜柯文俊汪鹏北京计算机技术及应用研究所北京100854 东南大学计算机科学与工程学院南京211189

随着大语言模型的广泛应用,针对大语言模型的评估工作变得至关重要。除了大语言模型在下游任务上的表现情况需要评估外,其存在的一些潜在风险更需要评估,例如大语言模型可能违背人类的价值观并且被恶意输入诱导引发安全问题等。本文通... 详细信息

随着大语言模型的广泛应用,针对大语言模型的评估工作变得至关重要。除了大语言模型在下游任务上的表现情况需要评估外,其存在的一些潜在风险更需要评估,例如大语言模型可能违背人类的价值观并且被恶意输入诱导引发安全问题等。本文通过分析传统软件、深度学习模型与大模型的共性与差异,借鉴传统软件测评和深度学习模型评估的指标体系,从大语言模型功能评估、性能评估、对齐评估和安全性评估几个维度对现有工作进行总结,并对大模型的评测基准进行介绍。最后依据现有研究与潜在的机遇和挑战,对大语言模型评估技术方向和发展前景进行了展望。

关键词：大语言模型功能评估性能评估对齐评估安全性评估

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高温合金短电弧辅助铣削表面完整性演化研究

机械工程学报 2024年第9期60卷 434-444页

作者：王湃白翌帆赵文祥张毅博刘志兵北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京计算机技术及应用研究所北京100854 北京动力机械研究所北京100074

短电弧铣削加工技术因低加工应力、低成本、高加工效率而被应用在镍基高温合金加工中。针对短电弧辅助精密铣削加工表面完整性演化规律不明的问题,利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDS)等检测手段分析了重铸层的组织特性,开... 详细信息

短电弧铣削加工技术因低加工应力、低成本、高加工效率而被应用在镍基高温合金加工中。针对短电弧辅助精密铣削加工表面完整性演化规律不明的问题,利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDS)等检测手段分析了重铸层的组织特性,开展正交铣削试验研究了精密铣削工艺参数对表面完整性的影响规律以及重铸层导致的铣削表面差异,探究了短电弧辅助精密铣削表面强化机制。结果表明,高温合金晶体在高温下破坏重组导致其组织变化形成重铸层,硬度降低34%,脆性增强;相同参数下短电弧辅助铣削表面表现出更高的粗糙度值(Ra=0.76μm)、更高的表面硬化率(47.8%)与更大的残余拉应力值(沿进给方向(X向)为241.5 MPa,垂直进给方向(Y向)为78 MPa)。加工表面硬化的主要机制是位错强化,通过引入核心平均取向差参数建立的显微硬度预测模型进一步拓展了表面完整性与晶体学特征的关系。

关键词：短电弧重铸层表面完整性显微硬度表面强化

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二进制翻译技术综述

软件学报 2024年第6期35卷 2687-2723页

作者：谢汶兵田雪漆锋滨武成岗王俊罗巧玲无锡先进技术研究院江苏无锡214083 国家并行计算机工程技术研究中心北京100190 中国科学院计算技术研究所北京100190

随着信息技术的快速发展,涌现出各种新型处理器体系结构.新的体系结构出现为处理器多样化发展带来机遇的同时也提出了巨大挑战,需要兼容运行已有软件,确保较为丰富的软件生态群.但要在短期内从源码编译构建大量生态软件并非易事,二进制... 详细信息

随着信息技术的快速发展,涌现出各种新型处理器体系结构.新的体系结构出现为处理器多样化发展带来机遇的同时也提出了巨大挑战,需要兼容运行已有软件,确保较为丰富的软件生态群.但要在短期内从源码编译构建大量生态软件并非易事,二进制翻译作为一种直接从二进制层面迁移可执行代码技术,支持跨平台软件兼容运行,既扩大了软件生态群,又有效降低了应用程序与硬件之间的耦合度.近年来,二进制翻译技术研究取得了较大进展.为总结现有成果并分析存在的不足,首先介绍二进制翻译技术的分类以及典型的二进制翻译系统,之后从指令翻译方法、关键问题研究、优化技术等方面分别进行分析总结,接着阐述二进制翻译技术的核心应用领域,最后对二进制翻译技术的潜在研究方向进行展望.

关键词：二进制翻译翻译效率等价变换软件迁移多融合优化

一种时间敏感网络故障后流量重构与调度优化方法

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兵工学报 2024年

作者：李继郭永红牛海涛郭欣侯曾中国兵器工业计算机应用技术研究所北京遥测技术研究所

现有时间敏感网络中的时间触发（Time-Triggered， TT）流量重构研究常忽视流量的冗余情况，导致在实际部署中难以同时兼顾TT流量的延迟性能与故障后重构方案的求解效率。针对上述问题，提出了一种故障后流量重构和调度的优化方法。该... 详细信息

现有时间敏感网络中的时间触发（Time-Triggered， TT）流量重构研究常忽视流量的冗余情况，导致在实际部署中难以同时兼顾TT流量的延迟性能与故障后重构方案的求解效率。针对上述问题，提出了一种故障后流量重构和调度的优化方法。该方法以牺牲无冗余流量的延迟性能为代价，通过提出的快速重构算法及对应的增强设计，能够在保障求解成功率的基础上，实现重构方案求解效率的提升。同时，所提方法通过灵活调整未受影响的TT流的调度方案的策略，设计了基于禁忌搜索的优化算法以及对应的最优化目标函数，以提升重构后全网TT流量的延迟性能。实验结果表明，所提方法的求解效率较当前主流的增量重构方法提升了75.03%以上，且能够在多轮重构后改善TT流量的延迟性能，具有较高的应用潜力。

关键词：时间敏感网络时间触发流量流量规划重构最优化方法

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基于超低延迟SSD的页交换机制关键技术

计算机研究与发展 2024年第3期61卷 557-570页

作者：王紫芮蒋德钧中国科学院计算技术研究所先进计算机系统研究中心北京100190 处理器芯片全国重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

随着内存密集型应用的快速发展,应用对单机内存容量的需求日益增大.然而,受到颗粒密度的限制,内存容量的扩展度较低.页交换机制是进行内存扩展的经典技术,该机制通过将较少使用的内存页面暂存在存储设备,以达到扩展内存的目的.过去页交... 详细信息

随着内存密集型应用的快速发展,应用对单机内存容量的需求日益增大.然而,受到颗粒密度的限制,内存容量的扩展度较低.页交换机制是进行内存扩展的经典技术,该机制通过将较少使用的内存页面暂存在存储设备,以达到扩展内存的目的.过去页交换机制由于慢速磁盘的读写速度限制,无法被广泛应用.近年来,得益于超低延迟固态硬盘(solid state drive,SSD)的快速发展,页交换机制可以利用其低延迟的读写特性,提升页交换效率.然而,在低I/O延迟的情况下,传统页交换机制的I/O栈存在巨大的软件开销.首先对使用超低延迟SSD的Linux页交换机制进行测试与分析,发现现有页交换机制的主要瓶颈在于发送请求时存在队头阻塞问题、I/O合并和调度开销,以及内核返回路径上的中断处理和直接内存回收开销.基于分析结果,提出基于超低延迟SSD的页交换机制***在Linux I/O栈的基础上增加对轮询请求的处理,并降低I/O合并与调度开销,实现轻量级的I/O栈.基于Ultraswap的I/O栈,对内核页交换机制的换入与换出路径进一步优化.通过优化对缺页、直接内存回收的处理,降低页交换机制关键路径上的时间开销.实验结果表明Ultraswap在应用测试场景下相比Linux页交换机制能够提升19%的平均性能;在可使用内存比例为20%的情况下,Ultraswap可达到33%的性能提升.

关键词：页交换 I/O栈超低延迟SSD 轮询 NVMe SSD