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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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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

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

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

壁面渗透气膜工质对圆锥高超声速边界层稳定性的影响

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物理学报 2024年第12期73卷 221-234页

作者：胡玉发易仕和刘小林徐席旺张震张臻国防科技大学空天科学学院长沙410073

壁面渗透气膜是一种有应用前景的高超声速边界层转捩控制和减阻降热方式.在马赫数6高超声速静音风洞内,使用纳米粒子示踪的平面激光散射(nano-tracer planar laser scattering,NPLS)技术和高频脉动压力测试技术,研究了壁面渗透气膜工质... 详细信息

壁面渗透气膜是一种有应用前景的高超声速边界层转捩控制和减阻降热方式.在马赫数6高超声速静音风洞内,使用纳米粒子示踪的平面激光散射(nano-tracer planar laser scattering,NPLS)技术和高频脉动压力测试技术,研究了壁面渗透气膜工质(氦气、空气和二氧化碳)在相同体积流量条件下对圆锥高超声速边界层的影响.实验结果表明,壁面渗透气膜显著增厚了边界层,最厚位置都出现在渗透区域下游边界处,且氦气气膜时边界层最薄,二氧化碳气膜时最厚.通常,空气气膜和二氧化碳气膜使得边界层内提前出现规则的绳状交织的第二模态波结构,但体积流量较大条件下二氧化碳气膜时,扰动波结构类似剪切层不稳定性.氦气气膜时,扰动波结构不是第二模态波,其形状不规则,随时空变化较大,壁面脉动压力功率谱密度没有出现峰值频率.空气气膜时第二模态波波长大约是边界层厚度的2—3倍,而二氧化碳气膜时增大到3倍以上.二氧化碳气膜时第二模态波峰值频率最小,频带范围最窄,波长最长,幅值最大,扰动波传播距离较远且非线性相互作用较强.

关键词：高超声速边界层壁面渗透气膜第二模态波剪切层不稳定性

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内流可视超声速喷管边界层实验研究

物理学报 2024年第16期73卷 143-151页

作者：曾瑞童易仕和陆小革赵玉新张博冈敦殿国防科技大学空天科学学院长沙410073

为观察喷管收缩扩张型面上边界层发展演化现象,研究超声速喷管内流场,本文采用传统特征线方法设计喷管型面,设计并制造了内流可视的超声速风洞.通过数值计算和实验测量的方式验证了风洞喷管出口流场均匀稳定,马赫数均方根偏差均优于国... 详细信息

为观察喷管收缩扩张型面上边界层发展演化现象,研究超声速喷管内流场,本文采用传统特征线方法设计喷管型面,设计并制造了内流可视的超声速风洞.通过数值计算和实验测量的方式验证了风洞喷管出口流场均匀稳定,马赫数均方根偏差均优于国军标合格标准;利用纳米粒子示踪平面激光散射技术,开展内流可视超声速喷管的流动显示试验,获取了喷管内全流场精细结构图像;通过图像处理技术提取边界层与主流交界面,采用分形维数的方法分析边界层状态,定位边界层转捩位置.结果表明:喷管型面的开始转捩位置比喷管上平直壁面更加靠近下游;分形维数可以定性地判断边界层的流动状态,对于层流边界层和转捩初期的发卡涡需要结合边界层厚度进行区分.

关键词：喷管边界层纳米粒子示踪平面激光散射转捩

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高超声速条件下凸曲率壁面混合层的流动演化

物理学报 2024年第10期73卷 237-245页

作者：张震易仕和刘小林陈世康张臻国防科技大学空天科学学院长沙410073

随着高超声速飞行器的不断更新换代,对成像窗口提出了新的设计要求,即共形窗口以提高气动特性,这要求在超声速气膜和光学窗口需要与飞行器机身保持相同的曲率外形.在马赫数Ma=6高超声速静风洞中开展了凸曲率壁面(CV)混合层稳定性研究.... 详细信息

随着高超声速飞行器的不断更新换代,对成像窗口提出了新的设计要求,即共形窗口以提高气动特性,这要求在超声速气膜和光学窗口需要与飞行器机身保持相同的曲率外形.在马赫数Ma=6高超声速静风洞中开展了凸曲率壁面(CV)混合层稳定性研究.采用基于纳米粒子的平面激光散射技术捕获到混合层流场结构,结合分形维数对混合层失稳规律进行研究.使用数值模拟技术得到了压力、压缩冲量(I_(p))沿流向演化结果.结果表明:随着来流总压(P_(0))的增大,静压比(RSP)减小,混合层失稳位置延迟,典型涡结构移动速度增大.CV壁面由于顺压梯度的存在使得压力沿流向下降,沿壁面切向的超声速气膜处于工作状态时,可以提升壁面压力,随着P_0增大,RSP随之降低,提升效果下降;流动受到CV的膨胀效应影响,Ip沿流向下降,超声速气膜可以削弱CV上的膨胀效应从而抑制Ip的下降;压缩冲量的变化率△I_(p)受P_(0)影响显著,在弯曲冲量|I_Φ|=0.191—3.624内,当P_(0)=0.5 MPa,△I_(p)从178.67%降至12.02%;当P_(0)=1.0 MPa,△I_(p)从40.38%降至5.64%.△I_(p)随|I_Φ|增大而降低,随着P_(0)增大,降低幅度减小.结果揭示凸曲率影响下的高超声速混合层流动演化规律,对高超声速飞行器实现气动减阻与防热特性的外形设计提供一定参考.

关键词：高超声速混合层分形维数压缩冲量

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铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂行为

含能材料 2024年第4期32卷 387-396页

作者：陈荣马荣王峥任柯融张思源田占东国防科技大学理学院湖南长沙410073

为研究高应变率下铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂行为,获取准确的动态本构参数。采用20 mm一级轻气炮平板撞击实验研究了铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂特性,对回收试样进行扫描电镜分析,从微观角度获得了铸态TiZrNbV高熵合金在不同应... 详细信息

为研究高应变率下铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂行为,获取准确的动态本构参数。采用20 mm一级轻气炮平板撞击实验研究了铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂特性,对回收试样进行扫描电镜分析,从微观角度获得了铸态TiZrNbV高熵合金在不同应变率下的层裂特性,并基于层裂实验自由面速度历史曲线标定得到了铸态TiZrNbV高熵合金的GTN‑JC本构模型参数。结果表明,TiZrNbV难熔高熵合金的层裂强度随着加载应变率和平台应力的增加而增加,其值为0.93~2.23 GPa;回收试样的几何必要位错密度随着加载速度的提高显著增加。所得参数在模拟铸态TiZrNbV高熵合金层裂行为方面表现良好,模拟结果中自由面速度曲线在第一次拉伸阶段前均较为吻合,可以满足对试样层裂破坏的动态分析,能为铸态TiZrNbV高熵合金的工程应用提供参考。

关键词：难熔高熵合金层裂参数反演 GTN‑JC 平板撞击