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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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活动星系核准周期振荡时延与频率呈关联演化

科学通报 2024年第14期69卷 1803-1805页

作者：夏瑞崧刘昊薛永泉中国科学技术大学天文学系合肥230026

黑洞的吸积过程在黑洞X射线双星(black hole X-ray binaries, BHB)和活动星系核(active galactic nucleus, AGN)中发挥着重要的作用.这个过程可以发射出强烈的多波段电磁波辐射.由于X射线辐射起源自吸积盘的内区,其成为了探索黑洞吸积... 详细信息

黑洞的吸积过程在黑洞X射线双星(black hole X-ray binaries, BHB)和活动星系核(active galactic nucleus, AGN)中发挥着重要的作用.这个过程可以发射出强烈的多波段电磁波辐射.由于X射线辐射起源自吸积盘的内区,其成为了探索黑洞吸积过程的重要窗口.在BHB和AGN中, X射线亮度变化的特征已经被广泛地分析,其中X射线准周期振荡(quasiperiodic oscillation, QPO)是在两种系统中都观测到的一种特别有趣的现象.

关键词：活动星系核 X射线双星吸积盘黑洞吸积电磁波辐射准周期振荡

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斜激波与内凹半圆柱面无粘相互作用

推进技术 2024年第1期45卷 99-113页

作者：闫波洪雨婷李一鸣李祝飞中国科学技术大学工程科学学院近代力学系安徽合肥230027

针对三维内转式进气道流动中激波入射内凹壁面主导的复杂波系干扰问题,采用斜激波入射内凹半圆柱面的简化构型,在来流马赫数为6的条件下,通过无粘数值模拟结合理论分析,研究了激波角β_(i)=14°~29°的斜激波在内凹半圆柱面反射形成的... 详细信息

针对三维内转式进气道流动中激波入射内凹壁面主导的复杂波系干扰问题,采用斜激波入射内凹半圆柱面的简化构型,在来流马赫数为6的条件下,通过无粘数值模拟结合理论分析,研究了激波角β_(i)=14°~29°的斜激波在内凹半圆柱面反射形成的三维流场。结果表明,流场对称面均会出现显著高于二维情况的逆压梯度。当β_(i)≤25°时,从侧壁到对称面,斜激波经历了从马赫反射(MR)到规则反射(RR)的转变,形成了MR-RR型流场,转变点处产生的桥激波向对称面延伸,桥激波在对称面反射后产生的压力峰值高于二维斜激波反射;当β_(i)≥25°时,斜激波在侧壁和对称面均发生马赫反射,形成了MR-MR型流场,两种马赫反射分界点处产生的桥激波向侧壁发展,侧壁气流在对称面相撞后产生的压力峰值高于正激波后的压力;当β_(i)=25°时,流场存在MR-RR型和MR-MR型双解现象。通过降维分析理论,揭示了两类流场中转变点和分界点的形成机制,并厘清了桥激波的产生原因和初期演化特征。当β_(i)≥18°时,无粘激波干扰所主导的侧壁气流加剧向对称面汇聚,并在对称面附近产生流向涡对。无粘分析获得的认识,有助于揭示内转式进气道中流动汇聚和流向涡对等现象的形成机理。

关键词：内转式进气道斜激波内凹半圆柱面三维激波干扰马赫反射规则反射流向涡对

无定型硼粉/硅橡胶复合材料的耐γ辐射老化性能

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辐射研究与辐射工艺学报 2024年第4期42卷 22-31页

作者：沈杭吴志豪林铭章中国科学技术大学核科学技术学院合肥230027

在核医学、航空和航天等尖端领域中,高分子材料因长期暴露于电离辐射等极端环境而面临严峻挑战,对材料的服役可靠性提出了极高的要求,因此,提升高分子材料的耐辐射老化性能成为迫切需求。无定型硼粉(B)外层存在的空轨道能够提供一个与... 详细信息

在核医学、航空和航天等尖端领域中,高分子材料因长期暴露于电离辐射等极端环境而面临严峻挑战,对材料的服役可靠性提出了极高的要求,因此,提升高分子材料的耐辐射老化性能成为迫切需求。无定型硼粉(B)外层存在的空轨道能够提供一个与自由基相互作用的空轨道,并与辐照产生的自由基反应,从而保护高分子材料减少辐射损伤。本工作据此制备了无定型硼粉/硅橡胶(B/SR)复合材料,并通过系统研究辐照前后材料的机械、热学及交联密度等性能变化,深入探讨了B对硅橡胶耐辐射性能的影响。实验结果表明:B/SR0.3样品在吸收剂量为200 kGy时,其断裂伸长率保持率可维持在(49.4±3.1)%,而纯SR仅为(24.7±2.7)%;0.3份B的加入使辐照后硅橡胶复合材料的初始分解温度从454.9℃提升至472.8℃,显著增强了硅橡胶在辐射环境中的热稳定性。同时采用紫外灯-电子顺磁共振(UV-EPR)谱仪进行实时测量,揭示了B可以有效清除辐照过程中硅橡胶复合材料内部产生的自由基。本研究为提升硅橡胶复合材料的耐辐射性能提供了有效策略,同时也为开发新型耐辐射高分子材料奠定了坚实基础。

关键词：硅橡胶辐射效应无机纳米颗粒自由基清除

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基于啁啾极化晶体的中红外上转换成像研究

红外与激光工程 2024年第3期53卷 52-60页

作者：韩赵其智葛正王小骅周志远史保森中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室安徽合肥230026 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院安徽合肥230026

将物体辐射或反射的中红外波段光转换到可见光区域、再利用高性能的硅基器件探测是一种有效的目标识别手段,规避了传统半导体中红外探测器在灵敏度、深制冷和噪声等性能方面的不足。文中利用啁啾极化的非线性晶体,在强连续泵浦光作用下... 详细信息

将物体辐射或反射的中红外波段光转换到可见光区域、再利用高性能的硅基器件探测是一种有效的目标识别手段,规避了传统半导体中红外探测器在灵敏度、深制冷和噪声等性能方面的不足。文中利用啁啾极化的非线性晶体,在强连续泵浦光作用下,将中红外波段的光场信息高效、高保真地迁移到可见光域进行探测。通过建立简单的物理模型,理论上讨论了啁啾极化晶体参数对上转换成像性能的影响,并进行了数值仿真;通过实验进一步研究了啁啾晶体上转换方法在转换带宽、成像视场等成像关键参数上的优势,实验结果与理论计算值吻合较好。通过上转换方法,演示了相干光与非相干光照明条件下目标探测,实现了相干光照明下的光学边缘增强成像和非相干照明下的热辐射目标识别。这一工作对基于啁啾晶体的上转换成像系统的理解、设计和实际应用具有重要参考价值。

关键词：中红外成像上转换啁啾极化晶体带宽效率

生物大分子的量子计算模拟:并行量子计算的初步探索

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科学通报 2024年第15期69卷 1967-1969页

作者：商红慧范逸刘杰杨金龙中国科学技术大学精准智能化学重点实验室合肥230026 中国科学技术大学合肥国家实验室合肥230088

量子计算是一项新兴的变革性的加速计算方法.它利用量子力学原理来进行新颖的计算,使得量子计算机的处理能力随着比特数的增加而呈指数级上升,这为经典计算机所无法解决的难题(比如量子计算化学)提供了有效的解决方案,可以实现对真实量... 详细信息

量子计算是一项新兴的变革性的加速计算方法.它利用量子力学原理来进行新颖的计算,使得量子计算机的处理能力随着比特数的增加而呈指数级上升,这为经典计算机所无法解决的难题(比如量子计算化学)提供了有效的解决方案,可以实现对真实量子体系的直接模拟.

关键词：量子力学原理量子计算量子体系生物大分子直接模拟加速计算变革性比特数

螺旋金属燃料多物理耦合分析方法与概念设计研究

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原子能科学技术 2024年第1期58卷 1-13页

作者：顾汉洋肖瑶丛腾龙郭辉傅俊森蔡孟珂宋去非上海交通大学核科学与工程学院上海200240

螺旋金属燃料具有导热系数高、导热路径短、强制旋流交混的特点,可实现更高的堆芯功率密度,进而减小堆芯体积,提高反应堆的安全性和经济性。本文介绍了上海交通大学反应堆热工水力实验室建立的螺旋金属燃料热工水力、中子物理、力学特... 详细信息

螺旋金属燃料具有导热系数高、导热路径短、强制旋流交混的特点,可实现更高的堆芯功率密度,进而减小堆芯体积,提高反应堆的安全性和经济性。本文介绍了上海交通大学反应堆热工水力实验室建立的螺旋金属燃料热工水力、中子物理、力学特性分析方法及多物理耦合分析框架。在热工水力方面,基于自研仪器实现了交混及沸腾临界行为精细化测量,建立了三维及精细化子通道分析方法;在中子物理方面,建立了适用于特殊能谱、复杂几何的截面及稳瞬态中子物理特性的分析方法;在力学方面,基于分子动力学方法建立了U-Zr合金燃料基础热物性模型,并开展了辐照条件下螺旋棒宏观力学特性研究。基于热工-物理-力学多物理分析和优化,提出了螺旋金属燃料组件及堆芯设计,具有无硼化、堆芯功率密度高、体积小、换料周期长的特点。

关键词：螺旋金属燃料热质传输行为瞬态安全分析燃料服役性能多物理耦合

同方期刊数据库博看期刊评论

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基于改进积分梯度的黑盒迁移攻击算法

计算机工程与应用 2024年第9期60卷 309-316页

作者：王正来关胜晓中国科学技术大学信息科学技术学院合肥230026

对抗样本可以轻易攻击深度神经网络,影响模型的使用安全。虽然白盒攻击方法有优秀的成功率,但是在黑盒迁移攻击时通常表现出较差的效果。目前最先进的TAIG算法基于积分梯度,可以提升对抗样本的迁移性。但研究发现其积分路径缺失到饱和... 详细信息

对抗样本可以轻易攻击深度神经网络,影响模型的使用安全。虽然白盒攻击方法有优秀的成功率,但是在黑盒迁移攻击时通常表现出较差的效果。目前最先进的TAIG算法基于积分梯度,可以提升对抗样本的迁移性。但研究发现其积分路径缺失到饱和区的有效信息,并且使用不恰当的基线和梯度计算,限制了算法攻击成功率的上限。改进了积分梯度并提出了IIGA攻击算法(improved integrated gradients attack)。改进积分梯度将有限路径扩展为无限路径,融合输入到真实饱和区的梯度累计,可以表征每个分量更准确的重要性;并提出信息熵基线,确保基线相对于模型不含任何信息。IIGA将生成的改进积分梯度进行平滑处理作为攻击的反向优化方向,平滑操作过滤因神经网络在小范围偏导剧烈跳动而产生的大量噪点,使梯度信息集中于视觉特征,并在迭代过程中加入动量信息稳定梯度方向。在ImageNet数据集上进行的大量实验表明IIGA不仅在白盒攻击下优于FGSM、C&W等算法,在黑盒迁移攻击模式下也大大超过了SI-NI、VMI、AOA和TAIG等先进的算法。

关键词：对抗攻击扩展路径信息熵基线迁移攻击

空心阴极放电复合稀土氧化物对Ti6Al4V合金离子渗氮组织及性能的影响

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表面技术 2024年第5期53卷 78-84,107页

作者：陈赛男董志宏鲍泽斌中国科学院金属研究所沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院合肥230026

目的改善Ti6Al4V合金的耐磨和耐蚀性能,探究辅助渗氮手段的引入对Ti6Al4V合金离子渗氮组织和性能的影响。方法利用空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge,HCD)及稀土氧化物(Y_(2)O_(3)纳米颗粒)辅助在720℃对Ti6Al4V合金进行4 h离子渗... 详细信息

目的改善Ti6Al4V合金的耐磨和耐蚀性能,探究辅助渗氮手段的引入对Ti6Al4V合金离子渗氮组织和性能的影响。方法利用空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge,HCD)及稀土氧化物(Y_(2)O_(3)纳米颗粒)辅助在720℃对Ti6Al4V合金进行4 h离子渗氮处理。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、往复式摩擦磨损实验仪以及电化学工作站,对比研究常规离子渗氮、HCD辅助离子渗氮以及HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮3种条件下Ti6Al4V合金的渗氮组织和性能。结果HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮条件下,Ti6Al4V合金表面生成约126μm厚的渗氮层,分别是常规离子渗氮条件和HCD辅助离子渗氮条件的3.1、2.4倍。化合物层中,TiN含量显著增加,渗氮层表面硬度达到1067.9HV0.05。渗氮层整体硬度明显提高,且硬度梯度降低。Ti6Al4V合金的摩擦系数从常规离子渗氮时的0.4降至0.2。同时,TiN含量的提高,使Ti6Al4V合金在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流降低,极化电阻增大,耐蚀性能得到改善。结论HCD复合Y_(2)O_(3)辅助可显著提高氮势,促进氮向Ti6Al4V合金内快速扩散,提高合金的硬度,改善合金的耐磨性能和耐蚀性能。

关键词：离子渗氮空心阴极放电稀土氧化物 Ti6Al4V 摩擦磨损渗氮层