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基于GPU直访存储架构的推荐模型预估系统

计算机研究与发展 2024年第3期61卷 589-599页

作者：谢旻晖陆游游冯杨洋舒继武清华大学计算机科学与技术系北京100084

新型深度学习推荐模型已广泛应用至现代推荐系统,其独有的特征——包含万亿嵌入参数的嵌入层,带来的大量不规则稀疏访问已成为模型预估的性能瓶颈.然而,现有的推荐模型预估系统依赖CPU对内存、外存等存储资源上的嵌入参数进行访问,存在... 详细信息

新型深度学习推荐模型已广泛应用至现代推荐系统,其独有的特征——包含万亿嵌入参数的嵌入层,带来的大量不规则稀疏访问已成为模型预估的性能瓶颈.然而,现有的推荐模型预估系统依赖CPU对内存、外存等存储资源上的嵌入参数进行访问,存在着CPU-GPU通信开销大和额外的内存拷贝2个问题,这增加了嵌入层的访存延迟,进而损害模型预估的性能.提出了一种基于GPU直访存储架构的推荐模型预估系统GDRec.GDRec的核心思想是在嵌入参数的访问路径上移除CPU参与,由GPU通过零拷贝的方式高效直访内外存资源.对于内存直访,GDRec利用统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)提供的统一虚拟地址特性,实现GPU核心函数(kernel)对主机内存的细粒度访问,并引入访问合并与访问对齐2个机制充分优化访存性能;对于外存直访,GDRec实现了一个轻量的固态硬盘(solid state disk,SSD)驱动程序,允许GPU从SSD中直接读取数据至显存,避免内存上的额外拷贝,GDRec还利用GPU的并行性缩短提交I/O请求的时间.在3个点击率预估数据集上的实验表明,GDRec在性能上优于高度优化后的基于CPU访存架构的系统NVIDIA HugeCTR,可以提升多达1.9倍的吞吐量.

关键词： GPU直访存储参数存储推荐系统预估系统存储系统

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量子计算系统软件研究综述

软件学报 2024年第1期35卷 1-18页

作者：谢磊翟季冬清华大学计算机科学与技术系北京100084

量子计算理论上有望解决诸多经典难解问题,近年来量子计算机的快速发展正推动这一理论进入实践.然而,当前硬件中繁多的错误会造成计算结果出错,严重限制了量子计算机解决实际问题的能力.量子计算系统软件位于应用与硬件之间,充分挖掘系... 详细信息

量子计算理论上有望解决诸多经典难解问题,近年来量子计算机的快速发展正推动这一理论进入实践.然而,当前硬件中繁多的错误会造成计算结果出错,严重限制了量子计算机解决实际问题的能力.量子计算系统软件位于应用与硬件之间,充分挖掘系统软件在硬件错误减缓方面的潜力,对于近期实现有实用价值的量子计算而言至关重要.由此,近期涌现了一批量子计算系统软件研究工作.将这些工作归纳入编译器、运行时系统和调试器3个范畴,通过对它们的分析总结,梳理量子计算系统软件的研究现状,揭示其在硬件错误减缓方面的重要作用.并对未来的研究方向进行展望.

关键词：量子计算系统软件嘈杂中规模量子编译运行时调试

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互联网体系结构的研究与思考

电子学报 2024年第1期52卷 373-384页

作者：任丰原清华大学计算机科学与技术系北京100084

互联网是人类信息社会重要的基础设施,网络体系结构设计是其健康、有序和可持续发展的基础研究课题.本文首先梳理了网络体系结构的定义,概括了互联网发展的现状和面临的主要挑战,分析了网络体系结构研究在应对挑战和促进互联网发展中的... 详细信息

互联网是人类信息社会重要的基础设施,网络体系结构设计是其健康、有序和可持续发展的基础研究课题.本文首先梳理了网络体系结构的定义,概括了互联网发展的现状和面临的主要挑战,分析了网络体系结构研究在应对挑战和促进互联网发展中的意义和作用;然后概略介绍了历史上互联网体系结构相关的研究计划和项目,总结了相关研究成果,重点分析了网络体系结构研究实践中形成的主要观点,对网络体系结构“革命式”和“演进式”的技术路线分别进行了评述;接着分析和总结了近期的相关研究进展和发展趋势;最后结合历史和近期的相关研究,讨论了若干网体系结构研究意义、方法、设想和影响的思考与认识.

关键词：互联网体系结构参考模型可演进

从BERT到ChatGPT:大模型训练中的存储系统挑战与技术发展

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计算机研究与发展 2024年第4期61卷 809-823页

作者：冯杨洋汪庆谢旻晖舒继武清华大学计算机科学与技术系北京100084

以ChatGPT为代表的大模型在文字生成、语义理解等任务上表现卓越,引起了工业界和学术界的广泛关注.大模型的参数量在3年内增长数万倍,且仍呈现增长的趋势.首先分析了大模型训练的存储挑战,指出大模型训练的存储需求大,且具有独特的计算... 详细信息

以ChatGPT为代表的大模型在文字生成、语义理解等任务上表现卓越,引起了工业界和学术界的广泛关注.大模型的参数量在3年内增长数万倍,且仍呈现增长的趋势.首先分析了大模型训练的存储挑战,指出大模型训练的存储需求大,且具有独特的计算模式、访存模式、数据特征,这使得针对互联网、大数据等应用的传统存储技术在处理大模型训练任务时效率低下,且容错开销大.然后分别阐述了针对大模型训练的3类存储加速技术与2类存储容错技术.针对大模型训练的存储加速技术包括:1)基于大模型计算模式的分布式显存管理技术,依据大模型计算任务的划分模式和计算任务间的依赖关系,设计模型数据在分布式集群中的划分、存储和传输策略;2)大模型训练访存感知的异构存储技术,借助大模型训练中的访存模式可预测的特性,设计异构设备中的数据预取和传输策略;3)大模型数据缩减技术,针对大模型数据的特征,对模型训练过程中的数据进行缩减.针对大模型训练的存储容错技术包括:1)参数检查点技术,将大模型参数存储至持久化存储介质;2)冗余计算技术,在多张GPU中重复计算相同版本的参数.最后给出了总结和展望.

关键词： ChatGPT 大模型存储系统容错大模型训练系统

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云原生数据库综述

软件学报 2024年第2期35卷 899-926页

作者：董昊文张超李国良冯建华清华大学计算机科学与技术系北京100084

云基础设施的虚拟化、高可用、可弹性调度等特点,为云数据库提供了开箱即用、可靠可用、按需计费等优势.云数据库按照架构可以划分为云托管数据库(cloud-hosted database)以及云原生数据库(cloud-native database).云托管数据库将数据... 详细信息

云基础设施的虚拟化、高可用、可弹性调度等特点,为云数据库提供了开箱即用、可靠可用、按需计费等优势.云数据库按照架构可以划分为云托管数据库(cloud-hosted database)以及云原生数据库(cloud-native database).云托管数据库将数据库系统直接部署到云上虚拟机环境中,具备低成本、易运维、高可靠的优势.在此基础上,云原生数据库充分利用云基础设施弹性伸缩的特点,采用计算存储分离的架构,实现了计算资源和存储资源的独立伸缩,进一步提升数据库性价比.然而计算存储分离的架构为数据库系统设计带来了新的挑战.深入分析云原生数据库系统的架构和技术.首先将云原生OLTP和云原生OLAP的数据库架构按照资源分离模式的差异分别进行归类分析,并对比各类架构的优势与局限.其次,基于计算存储分离的架构,按照各个功能模块深入探讨云原生数据库的关键技术:主要包括云原生OLTP关键技术(数据组织、副本一致性、主备同步、故障恢复以及混合负载处理)和云原生OLAP关键技术(存储管理、查询处理、无服务器感知计算、数据保护以及机器学习优化).最后,总结现有云原生数据库的技术挑战并展望未来研究方向.

关键词：云原生数据库计算存储分离数据库即服务

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智能数据可视分析技术综述

软件学报 2024年第1期35卷 356-404页

作者：骆昱宇秦雪迪谢宇鹏李国良清华大学计算机科学与技术系北京100084 青海大学计算机技术与应用系青海西宁810016

如何从海量数据中快速有效地挖掘出有价值的信息以更好地指导决策,是大数据分析的重要目标.可视分析是一种重要的大数据分析方法,它利用人类视觉感知特性,使用可视化图表直观呈现复杂数据中蕴含的规律,并支持以人为本的交互式数据分析.... 详细信息

如何从海量数据中快速有效地挖掘出有价值的信息以更好地指导决策,是大数据分析的重要目标.可视分析是一种重要的大数据分析方法,它利用人类视觉感知特性,使用可视化图表直观呈现复杂数据中蕴含的规律,并支持以人为本的交互式数据分析.然而,可视分析仍然面临着许多挑战,例如数据准备代价高、交互响应高延迟、可视分析高门槛和交互模式效率低.为应对这些挑战,研究者从数据管理、人工智能等视角出发,提出一系列方法以优化可视分析系统的人机协作模式和提高系统的智能化程度.系统性地梳理、分析和总结这些方法,提出智能数据可视分析的基本概念和关键技术框架.然后,在该框架下,综述和分析国内外面向可视分析的数据准备、智能数据可视化、高效可视分析和智能可视分析接口的研究进展.最后,展望智能数据可视分析的未来发展趋势.

关键词：数据可视化可视分析智能数据可视分析数据管理人工智能

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面向医疗系统的区块链的可搜索加密方案

小型微型计算机系统 2024年第5期45卷 1181-1187页

作者：林禄滨张桂鹏李彦铎杨振国刘文印广东工业大学计算机学院广州510006 清华大学计算机系北京100000

在云计算作为辅助的电子医疗系统中,患者的电子医疗记录(Electronic Healthcare Records,EHRs)通常会外包给云服务器提供商(Cloud Server Provider,CSP),其中EHRs一般会以加密的形式上传到云服务器,再通过可搜索加密方案进行搜索.然而,... 详细信息

在云计算作为辅助的电子医疗系统中,患者的电子医疗记录(Electronic Healthcare Records,EHRs)通常会外包给云服务器提供商(Cloud Server Provider,CSP),其中EHRs一般会以加密的形式上传到云服务器,再通过可搜索加密方案进行搜索.然而,由于过度依赖于被认为可完全信任的中心化服务器,现有的大多数可搜索加密方案仍面临着严重的安全问题.论文提出了一个面向医疗系统的区块链的可搜索加密方案,它不仅可以确保EHRs的安全,还可以提高存储在云服务器上的密码文本的搜索效率.在方案中,患者可以利用智能合约构建自动执行与自动查找的算法,这使医生收到可信的、正确的搜索结果.同时,方案采用了基于关键词转换的高效的模糊多关键词可搜索加密,优化EHRs的提取方式进而减少计算开销.此外,方案做了安全性分析和性能评估,证明方案的有效性和安全性.

关键词：医疗系统电子健康记录区块链可搜索加密多关键词搜索

维普期刊数据库博看期刊评论

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大语言模型时代的社会机遇与挑战

计算机研究与发展 2024年第5期61卷 1094-1103页

作者：陈慧敏刘知远孙茂松清华大学新闻与传播学院北京100084 清华大学计算机科学与技术系北京100084

大语言模型ChatGPT因其高度通用化和智能化的表现受到广泛社会关注,其引发的技术革命也正逐渐延伸为一场社会革命.在此背景下,基于ChatGPT背后大语言模型技术的演进路线与特征,探索大语言模型技术对社会的潜在机遇与挑战,成为当下社会... 详细信息

大语言模型ChatGPT因其高度通用化和智能化的表现受到广泛社会关注,其引发的技术革命也正逐渐延伸为一场社会革命.在此背景下,基于ChatGPT背后大语言模型技术的演进路线与特征,探索大语言模型技术对社会的潜在机遇与挑战,成为当下社会的重要议题.首先回顾大语言模型技术发展,将其演进总结为3个发展阶段并论述关键技术特征,然后基于技术与社会互动视角分别探讨大语言模型技术引发的社会机遇:个人通用信息助理、科学研究新范式、产业基础设施、国家治理能力现代化有力工具,以及面临的潜在挑战:信息污染问题、社会权力分配问题、伦理和法制问题、意识形态安全问题.最后,对大语言模型技术发展及其与社会发展关系的未来展开一定思考与讨论.

关键词：大语言模型 ChatGPT 人工智能技术演进社会变革

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动态三维场景重建研究综述

图学学报 2024年第1期45卷 14-25页

作者：黄家晖穆太江清华大学计算机科学与技术系北京100084

三维重建技术旨在通过传感器输入,恢复所观测场景的数字化三维表示,是计算机图形学与视觉领域的重要研究方向,在可视化、模拟、路线规划等各类任务上都有重要应用。相比于静态场景,动态场景额外引入了时间维度,对应的重建任务不仅需要... 详细信息

三维重建技术旨在通过传感器输入,恢复所观测场景的数字化三维表示,是计算机图形学与视觉领域的重要研究方向,在可视化、模拟、路线规划等各类任务上都有重要应用。相比于静态场景,动态场景额外引入了时间维度,对应的重建任务不仅需要重构每帧细节几何,还需刻画目标随着时间变化的趋势与关联关系用于下游分析任务,为重建算法设计带来了更大的挑战。然而,目前学界就动态场景重建的讨论依然仅处于起步阶段,且关于现有方法的系统性总结也较为欠缺。为了填补上述空缺、进一步启发算法设计,对学界当前最新的动态三维场景重建技术进行整理和归纳,对动态三维场景重建问题及其通用求解框架进行一般性的定义,从动态三维表示方式、优化框架方面对已有技术进行综述,并针对结构化的特殊场景讨论对应的重建方法与处理方式。最终,介绍相关数据集,并对动态三维场景重建现存的问题进行分析总结,对未来工作进行展望。

关键词：动态三维重建研究综述动态场景表示三维建模结构化场景