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Direct xPU:一种新型节点间通信优化的分布式异构计算架构

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计算机研究与发展 2024年第6期61卷 1388-1400页

作者：李仁刚王彦伟郝锐肖麟阁杨乐杨广文阚宏伟清华大学计算机科学与技术系北京100084 浪潮(北京)电子信息产业有限公司北京100085 广东浪潮智慧计算技术有限公司广州510623

人工智能大模型应用的爆发式增长,使得难以依靠单一节点、单一类型的算力实现应用的规模部署,分布式异构计算成为主流选择,而节点间通信成为大模型训练或推理过程中的主要瓶颈之一.目前,主要由GPU,FPGA等头部芯片厂商所主导的各种计算... 详细信息

人工智能大模型应用的爆发式增长,使得难以依靠单一节点、单一类型的算力实现应用的规模部署,分布式异构计算成为主流选择,而节点间通信成为大模型训练或推理过程中的主要瓶颈之一.目前,主要由GPU,FPGA等头部芯片厂商所主导的各种计算架构的节点间通信方案还存在一些问题.一方面,为了追求极致的节点间通信性能,一部分架构选择使用协议简单而可扩展性差的点对点传输方案.另一方面,传统的异构计算引擎(例如GPU)虽然在内存、计算管线等算力要素方面独立于CPU,但在通信要素方面却缺少专属的网络通信设备,需要完全或部分借助于CPU通过PCIe等物理链路来处理异构计算引擎与共享网络通信设备之间的通信.所实现的Direct xPU分布式异构计算架构,使得异构计算引擎在算力要素和通信要素两方面均具有独立的、专属的设备,实现了数据的零拷贝,并进一步消除了节点间通信过程中处理跨芯片传输数据所带来的能耗和延迟.测试结果表明,Direct xPU取得了与追求极致的节点间通信性能的计算架构相当的通信延迟,带宽接近物理通信带宽的上限.

关键词：节点间通信 FPGA GPU RDMA 零拷贝

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基于锚点的无监督跨模态哈希算法

软件学报 2024年第8期35卷 3739-3751页

作者：胡鹏彭玺彭德中四川大学计算机学院四川成都610065 成都瑞贝英特信息技术有限公司四川成都610094

基于图的无监督跨模态哈希学习具有存储空间小、检索效率高等优点,受到学术界和工业界的广泛关注,已成为跨模态检索不可或缺的工具之一.然而,图构造的高计算复杂度阻碍其应用于大规模多模态应用.主要尝试解决基于图的无监督跨模态哈希... 详细信息

基于图的无监督跨模态哈希学习具有存储空间小、检索效率高等优点,受到学术界和工业界的广泛关注,已成为跨模态检索不可或缺的工具之一.然而,图构造的高计算复杂度阻碍其应用于大规模多模态应用.主要尝试解决基于图的无监督跨模态哈希学习面临的两个重要挑战:1)在无监督跨模态哈希学习中如何高效地构建图?2)如何解决跨模态哈希学习中的离散值优化问题?针对这两个问题,分别提出基于锚点图的跨模态学习和可微分哈希层.具体地,首先从训练集中随机地选择若干图文对作为锚点集,利用该锚点集作为中介计算每批数据的图矩阵,以该图矩阵指导跨模态哈希学习,从而能极大地降低空间与时间开销;其次,提出的可微分哈希层可在网络前向传播时直接由二值编码计算,在反向传播时亦可产生梯度进行网络更新,而无需连续值松弛,从而具有更好的哈希编码效果;最后,引入跨模态排序损失,使得在训练过程中考虑排序结果,从而提升跨模态检索正确率.通过在3个通用数据集上与10种跨模态哈希算法进行对比,验证了提出算法的有效性.

关键词：无监督哈希学习跨模态检索锚点图可微分哈希公共汉明空间

大语言模型驱动的知识图谱实体摘要的次模优化方法

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计算机科学与探索 2024年第7期18卷 1806-1813页

作者：张琪钟昊广州商学院信息技术与工程学院广州511363 华南师范大学计算机学院广州510631

知识图谱的规模不断增加,使得实体摘要成为了研究的热点问题。实体摘要的目标是从描述实体的大规模三元结构事实中得到实体的简洁描述。研究的目的是基于大语言模型提出一种次模优化方法用于实体摘要的提取。首先,基于三元组中实体、关... 详细信息

知识图谱的规模不断增加,使得实体摘要成为了研究的热点问题。实体摘要的目标是从描述实体的大规模三元结构事实中得到实体的简洁描述。研究的目的是基于大语言模型提出一种次模优化方法用于实体摘要的提取。首先,基于三元组中实体、关系和属性的描述信息,采用大语言模型对它们进行嵌入,能够有效地捕捉三元组的语义信息,生成包含丰富语义信息的嵌入向量。其次,基于大语言模型生成的嵌入向量,定义任意两个描述同一实体的三元组事实之间关联度的刻画方法,任意两个三元组之间的关联度越高,表示这两个三元组之间包含的信息越相似。最后,基于上述定义的三元组关联度的刻画方法,定义正规化且单调非减的次模函数,将实体摘要建模为次模函数最大化问题,那么具有性能保证的贪心算法可以直接用于提取实体的摘要。在三个公共基准数据集上进行测试,采用F1值和归一化折损累计增益(NDCG)两个指标对提取的实体摘要的质量进行评估,实验结果表明该方法显著优于当前最先进的方法。

关键词：实体摘要大语言模型次模函数贪心算法

基于模体PageRank算法识别穴位-疾病网络的关键节点

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第5期45卷 628-635页

作者：赵海缪九男刘晓尉雪龙东北大学计算机科学与工程学院辽宁沈阳110169 奇安信网神信息技术(北京)股份有限公司北京100096

针对现有针灸关键穴位挖掘算法存在精度不佳、适用性较窄的问题,在“穴位-疾病”网络中引入多穴位间的高阶相互作用,提出一种基于3节点模体的高特异性关键穴位挖掘算法.将此算法从分辨率、网络损失和准确性方面分别与其他5种穴位重要性... 详细信息

针对现有针灸关键穴位挖掘算法存在精度不佳、适用性较窄的问题,在“穴位-疾病”网络中引入多穴位间的高阶相互作用,提出一种基于3节点模体的高特异性关键穴位挖掘算法.将此算法从分辨率、网络损失和准确性方面分别与其他5种穴位重要性评估算法进行比较.结果表明,该算法识别的关键穴位对网络的连通性有明显的破坏作用,说明关键穴位处于穴位疾病网络拓扑结构的核心位置,并与其他穴位有较高的协同合作;该算法的稳定性保证了关键穴位的可靠性;从网络拓扑结构和穴位间的高协同性角度来看,该算法寻找的关键穴位可以作为穴位网络中的核心穴位,帮助研究人员探索有针对性的、高影响力的穴位组合.

关键词：穴位疾病模体网络网页排名算法

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基于对抗生成网络的缺陷定位模型域数据增强方法

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软件学报 2024年第5期35卷 2289-2306页

作者：张卓雷晏毛晓光薛建新常曦广州商学院信息技术与工程学院广东广州510700 重庆大学大数据与软件学院重庆401331 国防科技大学计算机学院湖南长沙410073 上海第二工业大学计算机与信息工程学院上海200127

缺陷定位获取并分析测试用例集的运行信息,从而度量出各个语句为缺陷的可疑性.测试用例集由输入域数据构建,包含成功测试用例和失败测试用例两种类型.由于失败测试用例在输入域分布不规律且比例很低,失败测试用例数量往往远少于成功测... 详细信息

缺陷定位获取并分析测试用例集的运行信息,从而度量出各个语句为缺陷的可疑性.测试用例集由输入域数据构建,包含成功测试用例和失败测试用例两种类型.由于失败测试用例在输入域分布不规律且比例很低,失败测试用例数量往往远少于成功测试用例数量.已有研究表明,少量失败测试用例会导致测试用例集出现类别不平衡问题,严重影响着缺陷定位有效性.为了解决这个问题,提出基于对抗生成网络的缺陷定位模型域数据增强方法.该方法基于模型域(即缺陷定位频谱信息)而非传统输入域(即程序输入),利用对抗生成网络合成覆盖最小可疑集合的模型域失败测试用例,从模型域上解决类别不平衡的问题.实验结果表明,所提方法大幅提升了11种典型缺陷定位方法的效能.

关键词：缺陷定位测试用例对抗生成网络数据增强可疑值

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Navi:基于自然语言交互的数据分析系统

软件学报 2024年第3期35卷 1194-1206页

作者：谢宇鹏骆昱宇冯建华青海大学计算机技术与应用系青海西宁810016 香港科技大学(广州) 广东广州511400 清华大学计算机科学与技术系北京100084

随着大数据时代的到来,数据分析的作用日益显著.它能够从海量数据中发现有价值的信息,从而更有效地指导用户决策.然而,数据分析流程中存在三大挑战:分析流程高耦合、交互接口种类多和探索分析高耗时.为了应对上述挑战,提出了基于自然语... 详细信息

随着大数据时代的到来,数据分析的作用日益显著.它能够从海量数据中发现有价值的信息,从而更有效地指导用户决策.然而,数据分析流程中存在三大挑战:分析流程高耦合、交互接口种类多和探索分析高耗时.为了应对上述挑战,提出了基于自然语言交互的数据分析系统Navi.该系统采用模块化的设计原则,抽象出主流数据分析流程的3个核心功能模块:数据查询、可视化生成和可视化探索模块,从而降低系统设计的耦合度.同时,Navi以自然语言作为统一的交互接口,并通过一个任务调度器实现了各功能模块的有效协同.此外,为了解决可视化探索中搜索空间指数级和用户意图不明确的问题,提出了一种基于蒙特卡洛树搜索的可视化自动探索方法,并设计了基于可视化领域知识的剪枝算法和复合奖励函数,提高了搜索效率和结果质量.最后,通过量化实验和用户实验验证了Navi的有效性.

关键词：数据分析数据查询可视化自然语言蒙特卡洛树搜索

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便笺式存储器中一种新颖的交错映射数据布局

计算机工程 2024年第5期50卷 33-40页

作者：曾灵灵张敦博沈立窦强国防科技大学计算机学院湖南长沙410073 飞腾信息技术有限公司天津300457

现代计算机一直沿用传统的线性数据布局模式,该模式允许对使用行主序模式存储的二维矩阵进行高效的行优先数据访问,但是增加了高效执行列优先数据访问的复杂性,造成列优先访问的空间局部性较差。改善列优先数据访存效率的常见解决方案... 详细信息

现代计算机一直沿用传统的线性数据布局模式,该模式允许对使用行主序模式存储的二维矩阵进行高效的行优先数据访问,但是增加了高效执行列优先数据访问的复杂性,造成列优先访问的空间局部性较差。改善列优先数据访存效率的常见解决方案是对原始矩阵进行预先转置操作,将列优先访问的复杂性集中在一次矩阵转置运算中,然而矩阵转置不仅会引入额外的数据传输操作,而且会消耗额外的存储空间用于存储转置后的矩阵。为了在不引入额外开销的情况下使行优先与列优先数据访问具有同样高效的访存效率,提出一种新颖的交错映射(IM)数据布局,同时在不改变便笺式存储器(SPM)内部结构的基础上,在SPM的输入和输出(I/O)接口处添加循环移位单元和译码单元2个新组件,实现交错映射数据布局并定制访存指令,使程序员可通过定制的访存指令充分利用该数据布局。实验结果表明,应用交错映射数据布局的SPM在仅额外增加了1.73%面积开销的情况下获得了1.4倍的加速。

关键词：矩阵转置单指令多数据便笺式存储器数据布局静态随机存储器

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面向网络仿真的分布式流量回放系统

计算机工程与应用 2024年第12期60卷 261-269页

作者：叶海波李志刚黄骁王晓锋刘渊江南大学人工智能与计算机学院江苏无锡214122 无锡车联天下信息技术有限公司江苏无锡214072

流量回放可有效提升网络仿真的逼真度并支持新兴网络与安全技术的评测。面向大规模、高并发、高速率网络流量仿真的需求,设计并实现了一种基于云平台的分布式流量回放系统DTRS(distributed traffic replay system based on cloud platfo... 详细信息

流量回放可有效提升网络仿真的逼真度并支持新兴网络与安全技术的评测。面向大规模、高并发、高速率网络流量仿真的需求,设计并实现了一种基于云平台的分布式流量回放系统DTRS(distributed traffic replay system based on cloud platform)。基于该系统,针对网络流量多样化的特点,提出了可扩展的多流回放方法,以实现多种协议流量按需组合、灵活复现;针对数据包流转的高开销问题,提出了基于DPDK(data plane development kit)的流量回放策略,以实现流量回放过程的精确控制,提升回放的时序逼真性;针对流量回放速率不足的问题,提出了基于VPP(vector packet processing)的矢量包处理策略,提升了回放的吞吐量。实验结果表明,DTRS能实现互联网流量的多样化、可扩展加载,支持灵活、逼真、可控地复现海量异构网络场景;在高速率的流量仿真中,DTRS能保证时序逼真性;相较于传统方法,DTRS的流量回放吞吐量提升了3.71倍。

关键词：流量回放网络仿真逼真性高速率

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基于三元组网络和混合粒子群的碎纸拼接算法

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第2期52卷 22-28页

作者：陈志刚苏周方佳中南大学计算机学院湖南长沙410083 暨南大学信息科学技术学院广东广州510632

针对细粒度切割后的碎纸片聚类准确率低和启发式算法拼接效果一般的问题,提出了一种基于三元组网络和混合粒子群的碎纸片自动拼接算法.碎纸片拼接分为行间聚类、兼容性评估和行内拼接三个阶段.首先,在行间聚类阶段,对投影得到的图像向... 详细信息

针对细粒度切割后的碎纸片聚类准确率低和启发式算法拼接效果一般的问题,提出了一种基于三元组网络和混合粒子群的碎纸片自动拼接算法.碎纸片拼接分为行间聚类、兼容性评估和行内拼接三个阶段.首先,在行间聚类阶段,对投影得到的图像向量进行自适应填充以补充缺失的特征信息,再利用高斯混合模型聚类算法进行聚类;然后,在兼容性评估阶段,借助三元组网络模型,将聚类后的同一行图像映射到一个公共的度量空间,并得到一个区分度明显的距离矩阵;最后,将这个距离矩阵作为粒子的适应度值,提出了一种基于混合粒子群算法的行内拼接算法.实验结果表明:本文提出的拼接算法能够提升聚类准确率和拼接精度,在破碎文档重建工作上具有良好的效果.

关键词：碎纸片拼接混合粒子群算法高斯混合模型三元组损失卷积神经网络