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可扩展的网络验证技术:研究现状与发展趋势

电子学报 2024年第4期52卷 1083-1102页

作者：黄翰林徐恪李琦李彤付松涛高翔宇清华大学计算机科学与技术系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084 中关村实验室北京100094 清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 数据工程与知识工程教育部重点实验室(中国人民大学) 北京100872

互联网作为国家信息基础设施的重要组成部分,已经在各个领域发挥着巨大的作用.随着其规模不断扩大和应用持续深入,我们也面临着意图不一致的网络行为可能导致的灾难性危害.为了确保互联网的正常运行和网络行为的一致性,我们迫切需要可... 详细信息

互联网作为国家信息基础设施的重要组成部分,已经在各个领域发挥着巨大的作用.随着其规模不断扩大和应用持续深入,我们也面临着意图不一致的网络行为可能导致的灾难性危害.为了确保互联网的正常运行和网络行为的一致性,我们迫切需要可部署的网络验证技术,以确保网络运行时的行为与网络运维人员的意图一致.当前已经有许多关于网络验证技术的研究,这些研究帮助用户实现自动检测网络错误,并进一步分析错误产生的原因.然而,为了满足互联网规模不断扩大的需求,可扩展性问题成为在互联网部署网络验证技术的一项重要挑战.即如何在满足时间和空间复杂度约束的前提下,快速发现并排查网络策略的错误,真正将网络验证技术应用于实际,成为一个研究热点.本文从数据面验证和控制面验证两个方面出发,深入研究和总结了现有的网络验证研究工作,并探索了基于时空优化的可扩展性技术,对这些方案的特点进行了系统性分析.最后,本文总结和展望了网络验证可扩展技术的未来研究趋势,为该领域的研究人员提供一定的参考.

关键词：网络验证可扩展性网络配置时空优化数据面验证控制面验证

嗜盐菌合成生物学为基础的新型生物制造:生物制造2.0

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科学通报 2024年第30期69卷 4447-4460页

作者：李韶威何宏韬吴琼陈国强清华大学生命科学学院清华大学-北京大学生命科学联合中心清华大学合成与系统生物学中心清华大学化工系教育部工业生物催化重点实验室

生物制造是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式.目前,传统的生物制造以模式微生物为主,具有发酵技术成熟,分子改造技术成熟,但易染菌、能耗高、产率低、过程控制复杂等特点,其生产化工产品的竞争力不如化学工业.为突破传... 详细信息

生物制造是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式.目前,传统的生物制造以模式微生物为主,具有发酵技术成熟,分子改造技术成熟,但易染菌、能耗高、产率低、过程控制复杂等特点,其生产化工产品的竞争力不如化学工业.为突破传统生物制造的瓶颈,嗜盐菌等极端微生物近10年快速发展成为底盘细胞,成为开放无灭菌以及可以连续发酵的“下一代工业生物技术”(next generation industrial biotechnology, NGIB).嗜盐微生物是在高渗透压环境中具备正常生长能力的极端微生物,近年来,嗜盐菌的分子生物学工具种类不断增加,使得其改造和工程化发展迅速,已经完成了多种聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates, PHA)和小分子化合物的生物合成,包括形态学工程改造带来的下游产物回收的便利.基于嗜盐菌底盘细胞的“下一代工业生物技术”具有基因可编辑性、节能节水、无需灭菌、可连续发酵、设备和操作简单以及一个底盘,多种产物等优点,合成生物学武装的嗜盐菌打开了新型生物制造的一扇新窗口,必将引起生物制造的一场新的变革,我们将其命名为“生物制造2.0”.

关键词：嗜盐菌下一代工业生物技术合成生物学聚羟基脂肪酸酯聚羟基丁酸酯生物制造2.0

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基于横向剪切干涉系统的液膜厚度分布检测

化工进展 2024年第2期43卷 743-751页

作者：盛稳余波郭晗周怀春中国矿业大学低碳能源与动力工程学院江苏徐州221116 江苏省智慧能源技术及装备工程研究中心江苏徐州221116

测量液体薄膜的厚度在众多科学和工程领域中都具有重要的应用价值。本文基于横向剪切干涉技术,通过条纹追踪算法对相机拍摄得到的液膜干涉图像进行处理,研究了三角形与矩形竖直自由平面液膜的厚度分布及时间演变。实验结果表明,三角形... 详细信息

测量液体薄膜的厚度在众多科学和工程领域中都具有重要的应用价值。本文基于横向剪切干涉技术,通过条纹追踪算法对相机拍摄得到的液膜干涉图像进行处理,研究了三角形与矩形竖直自由平面液膜的厚度分布及时间演变。实验结果表明,三角形液膜厚度范围为0.98~9.37μm,矩形液膜厚度范围为0.1~13μm。受重力影响,液膜厚度从顶部到底部逐渐增大,而在水平方向上液膜厚度分布均匀。随着时间的推移,重力排液导致液膜整体厚度逐步减小,顶部最薄弱处厚度率先到达最小值0.08μm后液膜整体破裂。进一步对矩形液膜进行分析,整个排液过程中液膜最大体积为2.66mm^(3),最大体积流量为0.28mm^(3)/s。此外,通过干涉条纹的分布变化可实现液膜表面流场可视化,为液膜微观表面流场研究提供了新的研究方法。

关键词：横向剪切干涉液膜厚度排液两相流光学测量

硫取代氮增强g-C_(3)N_(4)光催化产氢性能

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物理化学学报 2024年第5期40卷 41-44页

作者：王海涛余良浪江吉周 Arramel 邹菁武汉工程大学化学与环境工程学院环境生态与生物工程学院绿色化工程教育部重点实验室磷资源开发利用教育部工程研究中心新型催化材料湖北省工程研究中心武汉430205 Nano Center Indonesia Jalan Raya PUSPIPTEKSouth TangerangBanten 15314Indonesia

利用取之不尽的太阳能资源进行光催化水裂解制氢是缓解全球能源危机、实现碳中和战略的一项有前景的技术。石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))因成本低且稳定性高在光催化产氢领域备受关注。然而,纯g-C_(3)N_(4)存在表面积小、电子转移慢、光... 详细信息

利用取之不尽的太阳能资源进行光催化水裂解制氢是缓解全球能源危机、实现碳中和战略的一项有前景的技术。石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))因成本低且稳定性高在光催化产氢领域备受关注。然而,纯g-C_(3)N_(4)存在表面积小、电子转移慢、光生载流子复合快等缺陷,产氢性能通常不佳。本研究通过直接热解硫酸铵和三聚氰胺混合物,成功实现硫物种对g-C_(3)N_(4)氮位点的原位取代,开发出一种高效的硫掺杂g-C_(3)N_(4) (S-g-CN)光催化剂。系列结构和光谱表征证实硫的成功掺杂。密度泛函理论的第一性原理计算表明S活性位对氢的吸附吉布斯自由能近乎为零(~0.26 eV),揭示S掺杂在优化H活性中间体吸附和解吸过程中起着重要作用。透射电子显微镜和原子力显微镜测试结果表明,S-g-CN具有超薄的纳米片状结构,其片层厚度约为2.5 nm。随后的氮气吸脱附等温线和光电化学性质测试结果表明,S掺杂不仅可显著增大g-C_(3)N_(4)比表面积,而且还能有效提高其光生电子-空穴对的转移、分离和氧化还原能力。得益于材料良好的结构特性,S-g-CN的光催化产氢速率高达4923 μmol·g^(-1)·h^(-1),是原始g-C_(3)N_(4)的28倍,超越诸多最近报道的其它S掺杂g-C_(3)N_(4)光催化剂。而且,S-g-CN的表观量子效率高达3.64%。本研究除了开发一种高效的光催化剂,还将为高性能g-C_(3)N_(4)基催化剂的设计提供有益借鉴。

关键词：理论预测硫掺杂 g-C_(3)N_(4) 产氢光催化

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多模态神经调控与检测技术研究进展

中国科学基金 2024年第2期38卷 296-302页

作者：杜全生戴慧眭亚楠盛兴国家自然科学基金委员会交叉科学部北京100085 清华大学航天航空学院神经调控国家工程研究中心北京100084 清华大学电子工程系清华-IDG/麦戈文脑科学研究院北京100084

脑科学被誉为人类自然科学“最后的前沿”,如何精准理解与控制包括大脑在内的生物神经系统,已成为多学科交叉的前沿和热点问题。本文基于“多模态神经调控与检测技术专题研讨会”的研讨成果,从物理化学信号与神经信号相互作用机制、神... 详细信息

脑科学被誉为人类自然科学“最后的前沿”,如何精准理解与控制包括大脑在内的生物神经系统,已成为多学科交叉的前沿和热点问题。本文基于“多模态神经调控与检测技术专题研讨会”的研讨成果,从物理化学信号与神经信号相互作用机制、神经接口材料器件系统、神经成像方法、神经信号编码解码技术、临床医学应用等方面,总结回顾了在神经调控与检测技术相关研究领域的科学研究与技术进展,以及未来多学科协同发展面临的机遇与挑战,并探讨了重点领域和发展方向。

关键词：脑机接口多模态神经调控神经传感交叉科学

根区施用生物炭和脱硫石膏提高盐碱土壤质量及向日葵产量

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农业工程学报 2024年第5期40卷 148-157页

作者：田荣荣王淑娟刘嘉徐立珍孙振涛李彦李二珍温晓亮杨晶赵永敢清华大学能源与动力工程系北京100084 北京市盐碱及荒漠化地区生态修复与固碳工程技术研究中心北京100084 华清农业开发有限公司北京100084 清华大学山西清洁能源研究院太原030002 五原县农牧业技术推广中心巴彦淖尔015100

为了靶向消减根区土壤盐碱障碍和定向培育健康沃土,该研究在内蒙古河套灌区开展田间小区试验,设置沙土覆盖种植孔(S)、条施生物炭+沙土覆盖种植孔(B+S)、条施生物炭+脱硫石膏覆盖种植孔(B+G)3个处理,对比分析0~20 cm和>20~40 cm土层土... 详细信息

为了靶向消减根区土壤盐碱障碍和定向培育健康沃土,该研究在内蒙古河套灌区开展田间小区试验,设置沙土覆盖种植孔(S)、条施生物炭+沙土覆盖种植孔(B+S)、条施生物炭+脱硫石膏覆盖种植孔(B+G)3个处理,对比分析0~20 cm和>20~40 cm土层土壤质量及向日葵产量差异。结果表明:根区施用生物炭和脱硫石膏改变了0~40 cm土壤水溶性离子组成,主要表现为增加Ca^(2+)含量而降低Na~+含量。与S处理相比,B+S和B+G处理显著降低了0~40 cm土壤钠吸附比(sodium adsorption ratio,SAR)和>20~40 cm土层pH值,增大了土壤脱盐率(Ds);B+S和B+G处理还增加了0~40 cm土壤有机质(OM)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、有效磷(available phosphorus,AP)和速效钾(AK)含量,为向日葵出苗和生长提供了良好的土壤环境。此外,B+S和B+G处理通过调理盐碱指标(SAR,D_s,Ca^(2+)和Mg~(2+))和肥力水平(AK,NO_(3)^(-)-N和OM)来提高土壤质量,二者基于全数据集的土壤质量指数(SQI)比S处理分别增大了35.7%和88.5%。但相比之下,B+G处理在这两个方面的作用效果要优于B+S处理,因而获得了最高籽粒产量。可见,在根区条施生物炭和脱硫石膏覆盖种植孔相结合可提高盐碱地土壤质量和向日葵产量,为河套灌区盐碱地改良利用提供技术支撑。

关键词：生物炭石膏条施穴施盐渍土向日葵

核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗研究

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电机与控制学报 2024年第4期28卷 72-80页

作者：辛鹏戈宝军陶大军吉林化工学院信息与控制工程学院吉林吉林132022 哈尔滨理工大学大型电机电气与传热技术国家地方联合工程研究中心黑龙江哈尔滨150080

为研究核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗特性,推导了核电半速汽轮发电机空载运行时励磁绕组匝间短路故障下,定子分数次谐波环流产生的合成磁动势表达式,分析合成磁动势相对于转子的转速,揭示了转子表面产生涡流的原因... 详细信息

为研究核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗特性,推导了核电半速汽轮发电机空载运行时励磁绕组匝间短路故障下,定子分数次谐波环流产生的合成磁动势表达式,分析合成磁动势相对于转子的转速,揭示了转子表面产生涡流的原因以及涡流的频率特性。结合涡流损耗计算方法,以一台核电半速汽轮发电机为例进行了仿真验证。在此基础上,对核电半速汽轮发电机励磁绕组不同位置发生相同程度匝间短路,以及励磁绕组发生不同程度匝间短路过程进行了仿真,计算了转子各阻尼条及槽楔中的涡流及涡流损耗,揭示了励磁绕组匝间短路时影响转子阻尼条及槽楔中涡流和涡流损耗的因素。为核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障时,分析转子发热的影响因素提供了理论基础。

关键词：核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路涡流损耗

swLLVM:面向神威新一代超级计算机的优化编译器

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软件学报 2024年第5期35卷 2359-2378页

作者：沈莉周文浩王飞肖谦武文浩张鲁飞安虹漆锋滨中国科学技术大学安徽合肥230026 国家并行计算机工程技术研究中心北京100190 江南计算技术研究所江苏无锡214083 清华大学北京100084

异构众核架构具有超高的能效比,已成为超级计算机体系结构的重要发展方向.然而,异构系统的复杂性给应用开发和优化提出了更高要求,其在发展过程中面临好用性和可编程性等众多技术挑战.我国自主研制的神威新一代超级计算机采用了国产申... 详细信息

异构众核架构具有超高的能效比,已成为超级计算机体系结构的重要发展方向.然而,异构系统的复杂性给应用开发和优化提出了更高要求,其在发展过程中面临好用性和可编程性等众多技术挑战.我国自主研制的神威新一代超级计算机采用了国产申威异构众核处理器SW26010Pro.为了发挥新一代众核处理器的性能优势,支撑新兴科学计算应用的开发和优化,设计并实现面向SW26010Pro平台的优化编译器swLLVM.该编译器支持Athread和SDAA双模态异构编程模型,提供多级存储层次描述及向量操作扩展,并且针对SW26010Pro架构特点实现控制流向量化、基于代价的节点合并以及针对多级存储层次的编译优化.测试结果表明,所设计并实现的编译优化效果显著,其中,控制流向量化和节点合并优化的平均加速比分别为1.23和1.11,而访存相关优化最高可获得2.49倍的性能提升.最后,使用SPEC CPU2006标准测试集从多个维度对swLLVM进行了综合评估,相较于SWGCC的相同优化级别,swLLVM整型课题性能平均下降0.12%,浮点型课题性能平均提升9.04%,整体性能平均提升5.25%,编译速度平均提升79.1%,代码尺寸平均减少1.15%.

关键词：异构众核编译系统编程模型存储层次向量化节点合并访存优化

狭长通道中火焰声波相互作用的数值模拟与模态分解研究

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清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：缪承希 Louis Benteux Damir Valiev 清华大学能源与动力工程系燃烧能源中心

该文通过数值求解可压缩Navier-Stokes方程以及单步不可逆Arrhenius化学动力学,研究了狭长半开放通道内火焰的火焰-声波相互作用过程。运用模态分解技术,具体包括本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和谱本征正交分解(sp... 详细信息

该文通过数值求解可压缩Navier-Stokes方程以及单步不可逆Arrhenius化学动力学,研究了狭长半开放通道内火焰的火焰-声波相互作用过程。运用模态分解技术,具体包括本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和谱本征正交分解(spectral proper orthogonal decomposition,SPOD)方法,对数值计算结果中的温度场进行了分析,探讨了流动不稳定性(hydrodynamic instability)对火焰振荡过程的影响。POD的前3个模态描述了火焰前锋的褶皱,该过程类似于Darrieus-Landau不稳定性的非线性阶段。SPOD结果表明,火焰前锋上的褶皱运动频率和通道固有频率的基频一致。对涡量场和速度矢量场也进行了SPOD分析。结果表明,在高频模态中观察到了微弱的涡,这与火焰前锋的褶皱运动有关。

关键词：火焰声波相互作用火焰振荡流动不稳定性本征正交分解(POD) 谱本征正交分解(SPOD)