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存储体编译和布局协同的片上缓存设计方法

国防科技大学学报 2024年第1期46卷 198-203页

作者：刘必慰熊琪杨茗宋雨露国防科技大学计算机学院湖南长沙410073 国防科技大学理学院湖南长沙410073 国防科技大学军政基础教育学院湖南长沙410073

为了提高片上缓存的速度、降低面积和功耗,提出了一种存储体编译和布局协同的片上缓存设计方法。该方法基于存储体在芯片上的不同空间位置预估该存储体的时序余量,分别采用拆分/合并、尺寸调整、阈值替换和长宽比变形等多种配置参数穷... 详细信息

为了提高片上缓存的速度、降低面积和功耗,提出了一种存储体编译和布局协同的片上缓存设计方法。该方法基于存储体在芯片上的不同空间位置预估该存储体的时序余量,分别采用拆分/合并、尺寸调整、阈值替换和长宽比变形等多种配置参数穷举组合进行存储体编译,根据时序余量选择最优的静态随机存取存储器存储体编译配置。将该方法与现有的物理设计步骤集成为一个完整的设计流程。实验结果表明,该方法能够降低约9.9%的功耗,同时缩短7.5%的关键路径延时。

关键词：片上缓存静态随机存取存储器协同设计低功耗

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惯性角速度匹配测量方程的耦合误差分析

中国惯性技术学报 2024年第3期32卷 226-233页

作者：吴伟李湘源马昕明秦石乔国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室长沙410073

针对惯性角速度匹配测量方程得不到理论精确解的问题,根据角速度匹配测量方程建立了形变角估计误差与船体角运动和动态形变角的相关函数模型,从理论上证明了船体角运动与动态形变角之间的交叉耦合将产生形变角估计误差。在动态形变角和... 详细信息

针对惯性角速度匹配测量方程得不到理论精确解的问题,根据角速度匹配测量方程建立了形变角估计误差与船体角运动和动态形变角的相关函数模型,从理论上证明了船体角运动与动态形变角之间的交叉耦合将产生形变角估计误差。在动态形变角和船摇角幅度分别为20″和2°的仿真条件下,当船体运动角速度与动态形变角速度不相关时,形变角估计误差均值分别为-1.8"、3.7"、3.8";当船体运动角速度与动态形变角速度完全相关时,形变角估计产生约50"的偏置误差。仿真和实验结果表明,误差的大小与二者之间的相关系数呈正相关。研究结果可为舰船形变测量和传递对准相关的理论研究和工程应用提供参考。

关键词：船体形变角速度匹配相关函数耦合误差

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基于强化学习与种群博弈的近距空战决策

航空学报 2024年第12期45卷 169-184页

作者：王宝来高显忠谢涛侯中喜国防科技大学计算机学院长沙410073 国防科技大学空天科学学院长沙410073

随着人工智能与无人机(UAV)技术的发展,近距空战智能决策得到了世界各国的广泛关注。针对传统强化学习在解决近距空战智能决策问题时存在过拟合与策略循环等问题,提出了一种基于种群博弈的空战智能决策模型训练范式。通过构建由多个无... 详细信息

随着人工智能与无人机(UAV)技术的发展,近距空战智能决策得到了世界各国的广泛关注。针对传统强化学习在解决近距空战智能决策问题时存在过拟合与策略循环等问题,提出了一种基于种群博弈的空战智能决策模型训练范式。通过构建由多个无人机智能体组成的种群,并为每个智能体赋予不同奖励权重系数,实现了无人机智能体多样化的风险偏好。种群中不同风险偏好的智能体模型相互进行对抗训练,能够有效避免过拟合和策略循环问题。在训练过程中,每个无人机智能体根据与不同对手策略的对抗结果自适应地优化奖励权重系数。在数值仿真实验中,种群博弈训练中的智能体5与智能体3分别以88%和85%的胜率击败了专家系统对抗训练和自博弈训练得到的智能决策模型,算法性能得到有效验证。此外,通过进一步实验表明了种群博弈训练范式中权重系数动态调整的必要性,并在异构机型上验证了所提训练范式的通用性。

关键词：近距空战智能决策强化学习种群博弈 SAC算法

面向高速PAM4有线收发机的自适应和低复杂度最大似然序列检测器

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年第3期36卷 452-463页

作者：许超龙赖明澈吕方旭王强齐星云罗章李世杰张庚国防科技大学计算机学院长沙410000

高速串行收发机是中央处理器、网卡和交换机等高性能芯片的关键部件.判决反馈均衡器(decision feedback equalization,DFE)是高速串行收发机的主要判决电路.针对传统DFE在高码间干扰(intersymbol interference,ISI)信道下的高误码率制... 详细信息

高速串行收发机是中央处理器、网卡和交换机等高性能芯片的关键部件.判决反馈均衡器(decision feedback equalization,DFE)是高速串行收发机的主要判决电路.针对传统DFE在高码间干扰(intersymbol interference,ISI)信道下的高误码率制约串行收发机速率提升的问题,提出一种面向4电平调制(4 pulse amplitude modulation,PAM4)串行收发机的自适应、低复杂度的减状态序列检测器(adaptive reduced-state sequence detector,ARSSD).ARSSD基于最大似然序列检测结构降低检测误码率;结合Viterbi算法和分区算法降低运算复杂度;采用基于迫零算法的ISI参数获取方式实现检测器参数的自适应更新.所提结构最终完成了行为仿真、电路设计以及系统验证.基于模拟前端芯片和现场可编程门阵列电路的实验结果表明,与传统DFE相比,当12~64 Gbps PAM4信号经过−8~−18 dB@16 GHz衰减信道时,32×4路并行ARSSD检测误码率降低2个数量级,与行为仿真结果一致.

关键词： 4电平调制串化器/解串器最大似然序列检测 Viterbi算法迫零算法现场可编程门阵列

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

R13/R26矩方法的介观尺度壁面边界条件

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国防科技大学学报 2024年第3期46卷 98-104页

作者：杨伟奇杨惠国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073 国防科技大学计算机学院湖南长沙410073

宏观尺度NSF(Navier-Stokes-Fourier)、R13/R26矩方程边界条件在中、大克努森数Kn来流条件下计算精度大幅度降低,也极易发散。针对这一难题,提出R13/R26矩方程的介观尺度边界条件,在靠近壁面处重构速度分布函数,并输入介观尺度Boltzman... 详细信息

宏观尺度NSF(Navier-Stokes-Fourier)、R13/R26矩方程边界条件在中、大克努森数Kn来流条件下计算精度大幅度降低,也极易发散。针对这一难题,提出R13/R26矩方程的介观尺度边界条件,在靠近壁面处重构速度分布函数,并输入介观尺度Boltzmann模型方程;基于离散速度法求解宏观参数,所得到的宏观参数作为R13/R26矩方程的壁面边界条件。仿真结果表明:基于介观尺度边界条件的R13/R26矩方法相较原边界条件计算精度最大提高59.84%,同时,所提出的边界条件将矩方法对Kn的适用范围拓展到1.0。

关键词：稀薄气体矩方法非平衡流边界条件

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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

面向SIMD指令集的SM4算法比特切片优化

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计算机研究与发展 2024年第8期61卷 2097-2109页

作者：王闯丁滟黄辰林宋连涛国防科技大学计算机学院长沙410073

SM4算法是中国自主设计的商用分组密码算法,其加解密计算性能成为影响信息系统数据机密性保障的重要因素之一.现有SM4算法优化主要面向硬件设计和软件查表等方向展开研究,分别存在依赖特定硬件环境、效率低下且易遭受侧信道攻击等问题.... 详细信息

SM4算法是中国自主设计的商用分组密码算法,其加解密计算性能成为影响信息系统数据机密性保障的重要因素之一.现有SM4算法优化主要面向硬件设计和软件查表等方向展开研究,分别存在依赖特定硬件环境、效率低下且易遭受侧信道攻击等问题.比特切片技术通过对输入数据重组实现了并行化高效分组密码处理,可以抵御针对缓存的侧信道攻击.然而现有切片分组密码研究对硬件平台相关性强、处理器架构支持单一,并且并行化处理流水启动较慢,面向小规模数据的加解密操作难以充分发挥单指令多数据(single instruction multiple data,SIMD)等先进指令集的优势.针对上述问题,首先提出了一种跨平台的通用切片分组密码算法模型,支持面向不同的处理器指令字长提供一致化的通用数据切片方法.在此基础上,提出了一种面向SIMD指令集的细粒度切片并行处理SM4优化算法,通过细粒度明文切片重组与线性处理优化有效缩短算法启动时间.实验结果表明,相比通用SM4算法,优化的SM4比特切片算法加密速率最高可达438.0 MBps,加密每字节所需的时钟周期最快高达7.0 CPB(cycle/B),加密性能平均提升80.4%~430.3%.

关键词： SM4算法性能优化比特切片侧信道攻击 SIMD指令集

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