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基于数据流架构的NTT蝶式计算加速
1
作者
石泓博
范志华
+4 位作者
李文明
张志远
穆宇栋
叶笑春
安学军
《计算机研究与发展》
北大核心
2025年第6期1547-1561,共15页
全同态加密(fully homomorphic encryption,FHE)因其在计算全过程中保持数据加密的能力,为云计算等分布式环境中的隐私保护提供了重要支撑,具有广泛的应用前景.然而,FHE在计算过程中普遍存在运算复杂度高、数据局部性差以及并行度受限...
全同态加密(fully homomorphic encryption,FHE)因其在计算全过程中保持数据加密的能力,为云计算等分布式环境中的隐私保护提供了重要支撑,具有广泛的应用前景.然而,FHE在计算过程中普遍存在运算复杂度高、数据局部性差以及并行度受限等问题,导致其在实际应用中的性能严重受限.其中,快速数论变换(number theoretic transform,NTT)作为FHE中关键的基础算子,其性能对整个系统的效率具有决定性影响.针对NTT中的核心计算模式--蝶式(butterfly)计算,提出一种基于数据流计算模型的NTT加速架构.首先,设计面向NTT蝶式计算的RVFHE扩展指令集,定制高效的模乘与模加/模减运算单元,以提升模运算处理效率.其次,提出一种NTT数据重排方法,并结合结构化的蝶式地址生成策略,以降低跨行列数据交换的控制复杂度与访问冲突.最后,设计融合数据流驱动机制的NTT加速架构,通过数据依赖触发方式实现高效的片上调度与数据复用,从而充分挖掘操作级并行性.实验结果表明,与NVIDIA GPU相比,提出的架构获得了8.96倍的性能提升和8.53倍的能效提升;与现有的NTT加速器相比,所提架构获得了1.37倍的性能提升.
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关键词
数据流
全同态加密
NTT算法
蝶式计算
RISC-V指令集
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职称材料
LogP模型上一类蝶式计算的通信策略
2
作者
陈国良
许锦波
《计算机学报》
EI
CSCD
北大核心
1997年第8期695-701,共7页
本文研究ＬｏｇＰ模型上一类蝶式计算中的通信问题．以ＦＦＴ的并行计算为例，通过仔细安排消息的发送顺序，使得由有限带宽引起的延迟与局部计算重叠，在ｇ－ｌｏｇｇ＋１≤ｌｏｇｐ（ｐ为处理器数，ｇ为带宽因子）的条件下，只要输入...
本文研究ＬｏｇＰ模型上一类蝶式计算中的通信问题．以ＦＦＴ的并行计算为例，通过仔细安排消息的发送顺序，使得由有限带宽引起的延迟与局部计算重叠，在ｇ－ｌｏｇｇ＋１≤ｌｏｇｐ（ｐ为处理器数，ｇ为带宽因子）的条件下，只要输入长度ｎ满足最基本的要求（ｎ≥２ｐ２），ｇ便被完全隐含于局部计算中，算法时间复杂度可达到最优．最后与文献［１］的结果比较，分析了它们的优缺点及各自的适用范围．
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关键词
蝶式计算
LOGP模型
通信
算法
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职称材料
一种基于二叉胖树模型的并行FFT算法
被引量：
1
3
作者
魏文红
高大利
《计算机应用》
CSCD
北大核心
2007年第4期795-797,共3页
二叉胖树网络结构是一种易于实现蝶式计算的网络拓扑结构,基于这一特点,首先构造了一种二叉胖树的逻辑模型,并提出了一种基于该模型的并行快速傅立叶变换算法。该算法使得进程间有良好的负载平衡,相对于串行算法来说,大大降低了时间复...
二叉胖树网络结构是一种易于实现蝶式计算的网络拓扑结构,基于这一特点,首先构造了一种二叉胖树的逻辑模型,并提出了一种基于该模型的并行快速傅立叶变换算法。该算法使得进程间有良好的负载平衡,相对于串行算法来说,大大降低了时间复杂度。在集群系统和MPI环境下,给出了该算法的实现及实验数据分析。
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关键词
二叉胖树
蝶式计算
快速傅立叶变换
并行
计算
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职称材料
题名
基于数据流架构的NTT蝶式计算加速
1
作者
石泓博
范志华
李文明
张志远
穆宇栋
叶笑春
安学军
机构
处理器芯片全国重点实验室(中国科学院计算技术研究所)
中国科学院大学计算机科学与技术学院
出处
《计算机研究与发展》
北大核心
2025年第6期1547-1561,共15页
基金
国家重点科技发展计划(2023YFB4503500)
北京市新星计划(20220484054,20230484420)
+1 种基金
北京市自然科学基金项目(L234078)
中国科学院青年创新促进会资助项目。
文摘
全同态加密(fully homomorphic encryption,FHE)因其在计算全过程中保持数据加密的能力,为云计算等分布式环境中的隐私保护提供了重要支撑,具有广泛的应用前景.然而,FHE在计算过程中普遍存在运算复杂度高、数据局部性差以及并行度受限等问题,导致其在实际应用中的性能严重受限.其中,快速数论变换(number theoretic transform,NTT)作为FHE中关键的基础算子,其性能对整个系统的效率具有决定性影响.针对NTT中的核心计算模式--蝶式(butterfly)计算,提出一种基于数据流计算模型的NTT加速架构.首先,设计面向NTT蝶式计算的RVFHE扩展指令集,定制高效的模乘与模加/模减运算单元,以提升模运算处理效率.其次,提出一种NTT数据重排方法,并结合结构化的蝶式地址生成策略,以降低跨行列数据交换的控制复杂度与访问冲突.最后,设计融合数据流驱动机制的NTT加速架构,通过数据依赖触发方式实现高效的片上调度与数据复用,从而充分挖掘操作级并行性.实验结果表明,与NVIDIA GPU相比,提出的架构获得了8.96倍的性能提升和8.53倍的能效提升;与现有的NTT加速器相比,所提架构获得了1.37倍的性能提升.
关键词
数据流
全同态加密
NTT算法
蝶式计算
RISC-V指令集
Keywords
dataflow
full homomorphic encryption(FHE)
NTT algorithm
butterfly computation
RISC-V instruction set
分类号
TP183 [自动化与计算机技术—控制理论与控制工程]
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职称材料
题名
LogP模型上一类蝶式计算的通信策略
2
作者
陈国良
许锦波
机构
中国科学技术大学计算机科学与技术系
出处
《计算机学报》
EI
CSCD
北大核心
1997年第8期695-701,共7页
基金
国家教委博士点基金
文摘
本文研究ＬｏｇＰ模型上一类蝶式计算中的通信问题．以ＦＦＴ的并行计算为例，通过仔细安排消息的发送顺序，使得由有限带宽引起的延迟与局部计算重叠，在ｇ－ｌｏｇｇ＋１≤ｌｏｇｐ（ｐ为处理器数，ｇ为带宽因子）的条件下，只要输入长度ｎ满足最基本的要求（ｎ≥２ｐ２），ｇ便被完全隐含于局部计算中，算法时间复杂度可达到最优．最后与文献［１］的结果比较，分析了它们的优缺点及各自的适用范围．
关键词
蝶式计算
LOGP模型
通信
算法
Keywords
Butterfly computation, FFT permutation, in-driven.
分类号
TP301.6 [自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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职称材料
题名
一种基于二叉胖树模型的并行FFT算法
被引量：
1
3
作者
魏文红
高大利
机构
华南理工大学计算机科学与工程学院
泉州师范学院计算机系
出处
《计算机应用》
CSCD
北大核心
2007年第4期795-797,共3页
文摘
二叉胖树网络结构是一种易于实现蝶式计算的网络拓扑结构,基于这一特点,首先构造了一种二叉胖树的逻辑模型,并提出了一种基于该模型的并行快速傅立叶变换算法。该算法使得进程间有良好的负载平衡,相对于串行算法来说,大大降低了时间复杂度。在集群系统和MPI环境下,给出了该算法的实现及实验数据分析。
关键词
二叉胖树
蝶式计算
快速傅立叶变换
并行
计算
Keywords
binary fat tree
butterfly computing
Fast Fourier Transform （FFT）
parallel computing
分类号
TP393.02 [自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于数据流架构的NTT蝶式计算加速
石泓博
范志华
李文明
张志远
穆宇栋
叶笑春
安学军
《计算机研究与发展》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
LogP模型上一类蝶式计算的通信策略
陈国良
许锦波
《计算机学报》
EI
CSCD
北大核心
1997
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
一种基于二叉胖树模型的并行FFT算法
魏文红
高大利
《计算机应用》
CSCD
北大核心
2007
1
在线阅读
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职称材料
已选择
0
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引证文献
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