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面向存算联调的跨云纠删码自适应数据访问方法

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计算机研究与发展 2024年第3期61卷 571-588页

作者：张凯鑫王意洁包涵阚浚晖并行与分布计算全国重点实验室(国防科技大学) 长沙410073 国防科技大学计算机学院长沙410073

日益旺盛的跨云存算联调需求对跨云数据访问速度提出较高要求.因此,跨云数据访问速度较高的基于数据冗余技术(纠删码和多副本)的跨云数据访问方法逐渐受到关注.其中,基于纠删码的跨云数据访问方法因其存储开销较低、容错性较高而成为当... 详细信息

日益旺盛的跨云存算联调需求对跨云数据访问速度提出较高要求.因此,跨云数据访问速度较高的基于数据冗余技术(纠删码和多副本)的跨云数据访问方法逐渐受到关注.其中,基于纠删码的跨云数据访问方法因其存储开销较低、容错性较高而成为当前研究热点.为通过缩短编码块传输用时以提高数据访问速度,现有基于纠删码的跨云数据访问方法尝试引入缓存技术并优化编码数据访问方案.然而,由于现有方法的缓存管理粒度较粗且未协同优化缓存管理与编码数据访问方案,导致其存在缓存命中量低、缓存命中增效低、低传输速度编码块访问量大等问题,使得其编码块传输用时仍较长.为此,首先提出了一种基于星际文件系统(interplanetary file system,IPFS)的跨云存储系统框架(IPFS-based cross-cloud storage system framework,IBCS),可基于IPFS数据分片管理机制实现细粒度的缓存管理,从而可提高缓存命中量.然后,提出一种面向存算联调的跨云纠删码自适应数据访问方法(adaptive erasure-coded data access method for cross-cloud collaborative scheduling of storage and computation,AECAM).AECAM以编码块(含缓存编码块)与数据访问节点的分布为依据评估数据访问过程中各编码块的传输速度,并据此制定可避免访问低传输速度编码块的编码数据访问方案.此外,AECAM可识别出其制定编码数据访问方案时易选中且实际传输速度较低的编码块,并将其缓存在数据访问节点附近,从而可同时提高缓存命中量和命中增效.最后,基于IBCS和AECAM构建了面向跨云存算联调的存储系统(cross-cloud storage system for collaborative scheduling of storage and computation,C2S2).跨云环境下的实验表明,相较于现有引入缓存的基于纠删码的存储系统,C2S2可以将数据访问速度提高75.22%~81.29%.

关键词：跨云存算联调纠删码数据访问技术星际文件系统缓存

高光束质量保持的(6+1)×1泵浦/信号合束器研制

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中国激光 2024年第6期51卷 48-56页

作者：王嘉伟李智贤付敏田鑫饶斌裕陈子伦王泽锋国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室湖南长沙410073 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

研制了一款输入输出均为50μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的(6+1)×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响,纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光... 详细信息

研制了一款输入输出均为50μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的(6+1)×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响,纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光束质量的影响。合束器的制作中,使用半掺氟的薄壁玻璃管提高泵浦臂性能,泵浦耦合效率大于98.5%,无主动制冷情况下温升小于10℃/kW。采用包层腐蚀变径技术保证信号光纤在组束过程中纤芯不变形,并通过光束质量因子反馈对准熔接,实现了高光束质量保持的合束器的研制,光束质量退化比仅为3.4%。在合束器信号光纤尾端制作包层光滤除器并熔接端帽构成一体化器件,应用于单级主振荡功率放大结构的窄线宽激光系统中,实现了4.1 kW近单模输出,拉曼抑制比为40.5 dB。

关键词：泵浦/信号合束器高功率光纤激光光束质量

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倾斜可控阵列光场的二维扫描技术研究

中国激光 2024年第2期51卷 84-96页

作者：殳博王张雨秋常洪祥常琦马鹏飞冷进勇周朴国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室湖南长沙410073 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

以19路、127路和919路激光相干阵列为模型,通过倾斜波前调控技术对阵列光场的子阵元施加倾斜相位控制,对倾斜可控阵列光场的大角度二维扫描特性进行了理论和实验研究。结果表明,所提出的方法可实现大视场范围内任意位置的单点扫描,同时... 详细信息

以19路、127路和919路激光相干阵列为模型,通过倾斜波前调控技术对阵列光场的子阵元施加倾斜相位控制,对倾斜可控阵列光场的大角度二维扫描特性进行了理论和实验研究。结果表明,所提出的方法可实现大视场范围内任意位置的单点扫描,同时得到能量分布均匀的二维连续扫描路径,实现特殊光场图案定制。此外,该方法具有扫描范围不受限制、扫描模式准连续以及衍射效率高等特点,在提升输出功率和扫描精度等方面具有优势。

关键词：激光光学激光阵列相干合成倾斜调控二维扫描光场定制

高功率光纤激光器反常模式不稳定效应实验研究

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中国激光 2024年第6期51卷 1-8页

作者：曾令筏文榆钧王小林王鹏奚小明杨保来张汉伟习锋杰韩凯王泽锋许晓军国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室湖南长沙410073 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

模式不稳定是限制当前高功率光纤激光器功率提升的主要因素。在近单模光纤激光器中,一般采用减小光纤弯曲直径的方法增加高阶模损耗、提升模式不稳定阈值;然而,少模光纤激光器中存在多个高阶模式,会导致动态模式不稳定(TMI)阈值随着弯... 详细信息

模式不稳定是限制当前高功率光纤激光器功率提升的主要因素。在近单模光纤激光器中,一般采用减小光纤弯曲直径的方法增加高阶模损耗、提升模式不稳定阈值;然而,少模光纤激光器中存在多个高阶模式,会导致动态模式不稳定(TMI)阈值随着弯曲直径减小而降低的反常模式不稳定现象。基于纤芯/包层直径为30/600μm的双包层掺镱光纤以及具有不同直径的光纤水冷柱,设计了一台后向泵浦的高功率光纤放大器,研究了该激光器中的反常模式不稳定现象。结果表明:当采用中心波长为976 nm的稳波长激光二极管(LD)作为泵浦源时,随着增益光纤弯曲直径由13 cm增加至16 cm,激光器的TMI阈值由1650 W提升至3740 W,提升幅度约为1.27倍,输出激光的相对亮度提升了87%。光纤弯曲直径的增加虽然会带来输出激光光束质量的轻微退化,但输出激光的相对亮度能够大幅提升。最终,结合光纤弯曲以及泵浦波长优化,实现了7.1 kW高亮度光纤激光输出,相对亮度为1293。

关键词：光纤光学光纤放大器反常模式不稳定光纤弯曲泵浦波长优化

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基于随机光纤激光器的多奇点涡旋光束

光学学报 2024年第10期44卷 393-403页

作者：马小雅叶俊梁峻锐何俊鸿张扬许将明周朴姜宗福国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室湖南长沙410073 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

部分相干结构光束具有抗湍流闪烁和抑制散斑等特性,在大气传输和成像等领域具有广泛的应用潜力。提出并展示了基于随机光纤激光器产生的部分相干多奇点涡旋光束。对不同拓扑荷数涡旋光束的相干叠加进行仿真研究,发现叠加过程可产生具有... 详细信息

部分相干结构光束具有抗湍流闪烁和抑制散斑等特性,在大气传输和成像等领域具有广泛的应用潜力。提出并展示了基于随机光纤激光器产生的部分相干多奇点涡旋光束。对不同拓扑荷数涡旋光束的相干叠加进行仿真研究,发现叠加过程可产生具有多个奇点的复杂相位分布。采用中心波长为1081.3 nm的随机光纤激光器作为照明光源,通过搭建空间干涉环路实现多奇点涡旋光束的产生。奇点数目可通过改变参与干涉的涡旋拓扑荷数来实现灵活调控。该工作有望为多粒子控制、涡旋光通信、光学计算和成像等领域提供重要参考。

关键词：激光器随机光纤激光器多奇点涡旋涡旋叠加奇点可控部分相干

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大频移范围光纤拉曼增益谱的测量

红外与激光工程 2024年第5期53卷 143-150页

作者：张扬何俊鸿柯延钊郭艺东梁峻锐马小雅叶俊许将明冷进勇周朴国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室湖南长沙410073 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

光纤拉曼增益谱的测量对光纤激光器的设计与优化至关重要。当前光纤拉曼增益谱的测量主要是基于小信号增益法,但该方法测试时间较长,且可测量的频移范围受限于信号源的波长调谐范围,难以获得光纤在大频移范围内的拉曼增益谱。为此,提出... 详细信息

光纤拉曼增益谱的测量对光纤激光器的设计与优化至关重要。当前光纤拉曼增益谱的测量主要是基于小信号增益法,但该方法测试时间较长,且可测量的频移范围受限于信号源的波长调谐范围,难以获得光纤在大频移范围内的拉曼增益谱。为此,提出了一种利用光纤的自发拉曼散射谱来反演光纤在大频移范围内拉曼增益谱的方法。利用该方法测量了两款光纤——掺磷光纤与掺锗光纤在1~42 THz频移范围内的拉曼增益谱。在1.6~22 THz频移范围内,基于该方法测得的拉曼增益系数与基于小信号增益法测得的结果基本一致。该工作为测量光纤在大频移范围内的拉曼增益谱提供了一种解决方案。

关键词：拉曼光纤激光器拉曼增益谱测量自发拉曼散射掺磷光纤

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高性能异构加速器MiniGo算子优化方法

国防科技大学学报 2024年第1期46卷 131-140页

作者：乔鹏贺周雨李荣春姜晶菲国防科技大学计算机学院湖南长沙410073 国防科技大学并行与分布计算全国重点实验室湖南长沙410073

根据高性能异构加速器的特性和MiniGo的训练模式提出了一种高效的并行计算方法。对片上计算资源进行合理规划,实现异构设备之间的流水并行优化;根据异构设备间存在共享存储段设计了共享内存编码模式,减少数据传输开销;根据数字信号处理... 详细信息

根据高性能异构加速器的特性和MiniGo的训练模式提出了一种高效的并行计算方法。对片上计算资源进行合理规划,实现异构设备之间的流水并行优化;根据异构设备间存在共享存储段设计了共享内存编码模式,减少数据传输开销;根据数字信号处理簇内具有多计算资源的特点结合算子计算-访存特性设计了不同的算子并行计算优化策略。同时,面向TensorFlow实现了一个易于使用的高性能计算库。实验结果显示,该方法实现了典型算子的多核并行计算。相对于单核,卷积算子加速比为24.69。相较于裁剪版8核FT2000+CPU,该方法训练和自博弈执行速度加速比分别为3.83和1.5。

关键词：异构计算算子优化卷积神经网络强化学习

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注意力机制量化剪枝优化方法

国防科技大学学报 2024年第1期46卷 113-120页

作者：何源宏姜晶菲许金伟国防科技大学计算机学院湖南长沙410073 国防科技大学并行与分布计算全国重点实验室湖南长沙410073

面向基于注意力机制模型的巨大计算和访存开销问题,研究量化和剪枝协同优化的模型压缩技术,提出针对注意力机制中查询、键、值、概率共四个激活值矩阵的对称线性定点量化方法。同时,提出概率矩阵剪枝方法和渐进式剪枝策略,有效降低剪枝... 详细信息

面向基于注意力机制模型的巨大计算和访存开销问题,研究量化和剪枝协同优化的模型压缩技术,提出针对注意力机制中查询、键、值、概率共四个激活值矩阵的对称线性定点量化方法。同时,提出概率矩阵剪枝方法和渐进式剪枝策略,有效降低剪枝精度损失。在不同数据集上的实验结果表明,针对典型基于注意力机制模型BERT,在较低或者没有精度损失的情况下该优化方法可达到4位或8位定点量化、0.93~0.98的稀疏度,大幅度降低模型计算量,为加速量化稀疏模型的推理奠定良好的基础。

关键词：自然语言处理注意力机制量化剪枝

面向GPU的5G新型无线电的高吞吐率LDPC译码器

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国防科技大学学报 2024年第1期46卷 141-148页

作者：李荣春周鑫乔鹏王庆林国防科技大学计算机学院湖南长沙410073 国防科技大学并行与分布计算全国重点实验室湖南长沙410073

提出了一种基于图形处理单元(graphic processing unit,GPU)的5G软件无线电准循环低密度奇偶校验(low density parity check,LDPC)码译码器,为了节省片上和片下带宽,采用码字缩短和打孔技术、两级量化和数据打包方案,以提升数据带宽的... 详细信息

提出了一种基于图形处理单元(graphic processing unit,GPU)的5G软件无线电准循环低密度奇偶校验(low density parity check,LDPC)码译码器,为了节省片上和片下带宽,采用码字缩短和打孔技术、两级量化和数据打包方案,以提升数据带宽的利用率。实验基于Nvidia RTX 2080Ti GPU平台实现了高码率情况下的最小和近似译码算法的并行译码,通过分析GPU上的最优线程设置,将码率为5/6的(2080,1760)LDPC算法的译码吞吐率提升至1.38 Gbit/s,译码吞吐率性能优于现有其他基于GPU的LDPC译码器。

关键词：低密度奇偶校验 5G 图形处理单元软件无线电