人工智能(AI)和物联网(IoT)技术的迅速发展,对计算能效提出了更高的要求,终端设备在硬件资源开销方面同样面临巨大挑战.为了应对能效问题,新型低功耗近似计算单元的设计得到了广泛研究.在数字信号处理和图像处理等应用场景中,存在大量...人工智能(AI)和物联网(IoT)技术的迅速发展,对计算能效提出了更高的要求,终端设备在硬件资源开销方面同样面临巨大挑战.为了应对能效问题,新型低功耗近似计算单元的设计得到了广泛研究.在数字信号处理和图像处理等应用场景中,存在大量的浮点运算.这些应用消耗了大量的硬件资源,但它们具有一定的容错性,没有必要进行完全精确的计算.据此,提出了一种基于移位近似算法MTA(multiplication to shift addition)和非对称截断的单精度可重构近似浮点乘法器设计方法.首先,采用了一种低功耗的近似算法MTA,将部分操作数的乘法运算转换为移位加法.其次,为了在精度和成本之间取得平衡,设计了针对操作数高有效位的非对称截断处理,并对截断后保留的部分进行精确计算.通过采用不同位宽的MTA近似计算和改变截断后部分积阵列的行数,生成了广阔的设计空间,从而可以在精度和成本之间进行多种权衡调整.与精确浮点乘法器相比,所提出设计MTA5T5的精度损失(MRED)仅约为0.32%,功耗降低了85.80%,面积减少了79.53%.对于精度较低的MTA3T3,其精度损失约为1.92%,而功耗和面积分别降低了90.55%和85.80%.最后,进行了FIR滤波和图像处理的应用测试,结果表明所提出的设计在精度和开销方面具有显著优势.展开更多
随着高性能计算体系结构的发展,软件与硬件都具有多层的并行结构。当不同纵向层级与横向分组的计算任务被划分到不同节点的不同处理器时,存在非常多的分配方式。这些分配方式一般在运行时由用户输入的多个并行参数来确定,并对计算效率...随着高性能计算体系结构的发展,软件与硬件都具有多层的并行结构。当不同纵向层级与横向分组的计算任务被划分到不同节点的不同处理器时,存在非常多的分配方式。这些分配方式一般在运行时由用户输入的多个并行参数来确定,并对计算效率影响很大。随着计算规模与复杂度的提升,多个并行参数的可配置空间越来越大,用户越来越难以确定最佳的并行参数值。这类运行时优化问题在科学计算应用中较为普遍,但相关的研究与解决方法比较少见。以VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)应用为例,首先分析了该应用的多层并行结构,展示了不同并行参数配置引发的巨大运行速度差异。然后提出了一个基于约化并行效率指标的全自动运行优化方法,其不仅可以帮助用户简单快捷地确定最佳应用并行参数,而且可以帮助用户确定最佳的计算资源使用量,使应用可以高效率地扩展到大规模的并行计算中。最后将该优化方法与计算集群作业调度系统相融合应用于用户提交的真实VASP计算作业。统计结果表明,该方法显著提升了作业运行速度与超算资源的使用效率,具有很好的工程应用前景。展开更多
在大规模分布式存储系统的广泛应用背景下,传统容错编码方案在单盘和双盘故障修复过程中面临读取资源消耗高、修复效率不足等技术难题,提出一种具有局部修复特性的混合校验编码方案——VC-code(vertical central symmetric code)。VC-c...在大规模分布式存储系统的广泛应用背景下,传统容错编码方案在单盘和双盘故障修复过程中面临读取资源消耗高、修复效率不足等技术难题,提出一种具有局部修复特性的混合校验编码方案——VC-code(vertical central symmetric code)。VC-code通过融合横纵式阵列码的快速修复与负载均衡特性,设计了一种局部水平校验与对角校验交叉融合的结构,并采用纵向中心对称校验布局优化数据依赖关系。该设计将单盘和双盘故障修复的数据读取量显著降低,同时通过缩短修复链提升整体效率。理论分析表明,在单双盘故障恢复时大幅降低了数据读取开销。实验结果进一步验证了其性能优势,与RDP码、LRRDP码以及DRDP码相比,VC-code在单盘故障修复时间上减少了10.45%~29.57%,在双盘故障修复时间上减少了6.35%~33.24%。展开更多
文摘人工智能(AI)和物联网(IoT)技术的迅速发展,对计算能效提出了更高的要求,终端设备在硬件资源开销方面同样面临巨大挑战.为了应对能效问题,新型低功耗近似计算单元的设计得到了广泛研究.在数字信号处理和图像处理等应用场景中,存在大量的浮点运算.这些应用消耗了大量的硬件资源,但它们具有一定的容错性,没有必要进行完全精确的计算.据此,提出了一种基于移位近似算法MTA(multiplication to shift addition)和非对称截断的单精度可重构近似浮点乘法器设计方法.首先,采用了一种低功耗的近似算法MTA,将部分操作数的乘法运算转换为移位加法.其次,为了在精度和成本之间取得平衡,设计了针对操作数高有效位的非对称截断处理,并对截断后保留的部分进行精确计算.通过采用不同位宽的MTA近似计算和改变截断后部分积阵列的行数,生成了广阔的设计空间,从而可以在精度和成本之间进行多种权衡调整.与精确浮点乘法器相比,所提出设计MTA5T5的精度损失(MRED)仅约为0.32%,功耗降低了85.80%,面积减少了79.53%.对于精度较低的MTA3T3,其精度损失约为1.92%,而功耗和面积分别降低了90.55%和85.80%.最后,进行了FIR滤波和图像处理的应用测试,结果表明所提出的设计在精度和开销方面具有显著优势.
文摘随着高性能计算体系结构的发展,软件与硬件都具有多层的并行结构。当不同纵向层级与横向分组的计算任务被划分到不同节点的不同处理器时,存在非常多的分配方式。这些分配方式一般在运行时由用户输入的多个并行参数来确定,并对计算效率影响很大。随着计算规模与复杂度的提升,多个并行参数的可配置空间越来越大,用户越来越难以确定最佳的并行参数值。这类运行时优化问题在科学计算应用中较为普遍,但相关的研究与解决方法比较少见。以VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)应用为例,首先分析了该应用的多层并行结构,展示了不同并行参数配置引发的巨大运行速度差异。然后提出了一个基于约化并行效率指标的全自动运行优化方法,其不仅可以帮助用户简单快捷地确定最佳应用并行参数,而且可以帮助用户确定最佳的计算资源使用量,使应用可以高效率地扩展到大规模的并行计算中。最后将该优化方法与计算集群作业调度系统相融合应用于用户提交的真实VASP计算作业。统计结果表明,该方法显著提升了作业运行速度与超算资源的使用效率,具有很好的工程应用前景。
文摘在大规模分布式存储系统的广泛应用背景下,传统容错编码方案在单盘和双盘故障修复过程中面临读取资源消耗高、修复效率不足等技术难题,提出一种具有局部修复特性的混合校验编码方案——VC-code(vertical central symmetric code)。VC-code通过融合横纵式阵列码的快速修复与负载均衡特性,设计了一种局部水平校验与对角校验交叉融合的结构,并采用纵向中心对称校验布局优化数据依赖关系。该设计将单盘和双盘故障修复的数据读取量显著降低,同时通过缩短修复链提升整体效率。理论分析表明,在单双盘故障恢复时大幅降低了数据读取开销。实验结果进一步验证了其性能优势,与RDP码、LRRDP码以及DRDP码相比,VC-code在单盘故障修复时间上减少了10.45%~29.57%,在双盘故障修复时间上减少了6.35%~33.24%。
