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面向多样计算场景的检查点技术综述
1
作者 陈筱琳 张亚强 史宏志 《计算机应用》 北大核心 2025年第6期1922-1933,共12页
检查点技术是一种在计算系统中保存当前计算任务和系统状态的方法,可应用于系统故障恢复、作业迁移和作业抢占等诸多场景。随着技术的发展,计算场景更多元,计算规模更大,计算系统的结构层次更复杂,且计算环境更多变,这些会导致故障发生... 检查点技术是一种在计算系统中保存当前计算任务和系统状态的方法,可应用于系统故障恢复、作业迁移和作业抢占等诸多场景。随着技术的发展,计算场景更多元,计算规模更大,计算系统的结构层次更复杂,且计算环境更多变,这些会导致故障发生的概率增加。同时,平均故障间隔时间(MTBT)从[6.50 h,40.00 h]缩短至1.25 h。因此,作为典型容错手段的检查点技术显得越来越重要。首先,介绍多样计算场景的检查点技术近年来的发展概况,并基于现有技术的特点对它们进行分类;其次,回顾包括增量检查点、多级异步检查点、最优检查点间隔和基于故障感知的检查点这4个方向在内的最新研究进展,并总结检查点技术在面向多样计算场景时的发展趋势——动态化、智能化和主动化,以及该技术面临的挑战;最后,通过梳理优化检查点策略的主要思路和最新方法,帮助研究人员快速掌握检查点技术的现状和未来发展趋势。 展开更多
关键词 增量检查点 多级异步检查点 最优检查点间隔 动态检查点 基于故障感知的检查点
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服务器故障注入技术综述:实现、优化与评估
2
作者 李逍 张亚强 史宏志 《计算机应用》 北大核心 2025年第S1期144-153,共10页
服务器故障注入技术通过人为引入故障,观察分析服务器组件和系统在不同故障场景下的表现,评估服务器受故障影响的具体表现,通常针对不同硬件组件的种类选择可实现、高效、准确的故障注入技术。首先,介绍故障注入技术的相关概念、实现框... 服务器故障注入技术通过人为引入故障,观察分析服务器组件和系统在不同故障场景下的表现,评估服务器受故障影响的具体表现,通常针对不同硬件组件的种类选择可实现、高效、准确的故障注入技术。首先,介绍故障注入技术的相关概念、实现框架和分类特征;其次,从3个方面对近年来服务器硬件故障注入领域的研究进行综述,包括面向计算单元和存储单元等服务器关键器部件的故障注入技术和工具,针对不同类型故障注入技术的优化方法,以及对故障注入理论的准确性研究;最后,展望服务器故障注入和可靠性评估的未来研究和发展中的挑战和机遇。 展开更多
关键词 故障注入 服务器 容错 可靠性 失效率
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面向大规模DNN训练场景的容错技术综述
3
作者 许光远 张亚强 史宏志 《计算机科学与探索》 北大核心 2025年第7期1771-1788,共18页
由大量异构资源构建的大规模算力集群是训练ChatGPT、Sora等大型深度神经网络(DNN)的必需品,然而训练过程中的故障率往往与训练规模正相关,集群中任一部件故障可能会导致训练任务中断,因此在大规模深度神经网络训练中实现高效容错能力... 由大量异构资源构建的大规模算力集群是训练ChatGPT、Sora等大型深度神经网络(DNN)的必需品,然而训练过程中的故障率往往与训练规模正相关,集群中任一部件故障可能会导致训练任务中断,因此在大规模深度神经网络训练中实现高效容错能力变得尤为重要。对近年大规模神经网络训练的容错技术进行了深入探讨,重点讨论了不同层面上如何有效应对训练过程中出现的故障及相关技术可能存在的优劣势。说明了容错技术在大规模深度神经网络训练中所起的关键作用,阐述了近年来有关大规模深度神经网络训练的容错技术,根据作用主体从训练过程,以及训练体系架构和模块两个层面展开论述。训练过程中的容错设计主要包括检查点和非检查点容错技术。检查点容错技术旨在优化检查点的存储和传输,以减少故障发生时的数据丢失和训练恢复时间。非检查点技术则依赖于弹性训练、冗余计算及参数更新策略,提供更加灵活的故障恢复机制。在训练体系架构和模块的容错设计中,探讨了近年确保大规模集群稳定性的故障检测和管理等容错技术。讨论了容器、数据预处理和矩阵乘法等模块的容错措施,以提升训练任务的效率与容错能力。通过归纳和分析近年提出的容错技术,总结了面向大规模深度学习训练场景的现有挑战,并展望了未来的发展方向,提出了相关优化方向,以适应更大规模深度学习训练场景的容错需求。 展开更多
关键词 容错 深度学习 模型训练 ChatGPT
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一种基于重复数据删除技术的云中云存储系统 被引量：14
4
作者 毛波 叶阁焰 +2 位作者 蓝琰佳 张杨松 吴素贞 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2015年第6期1278-1287,共10页
随着云存储技术的快速发展和应用,越来越多的企业和用户都开始将数据从本地转移到云存储服务提供商进行存储.但是,在享受云存储高质量服务的同时,将数据仅仅存储于单个云存储服务商中会带来一定的风险,例如云存储服务提供商的垄断、数... 随着云存储技术的快速发展和应用,越来越多的企业和用户都开始将数据从本地转移到云存储服务提供商进行存储.但是,在享受云存储高质量服务的同时,将数据仅仅存储于单个云存储服务商中会带来一定的风险,例如云存储服务提供商的垄断、数据可用性和安全性等问题.为了解决这个问题,提出了一种基于重复数据删除技术的云中云存储系统架构,首先消除云存储系统中的冗余数据量,然后基于重复数据删除集中的数据块引用率将数据块以复制和纠删码2种数据布局方式存储在多个云存储服务提供商中.基于复制的数据布局方式易于实现部署,但是存储开销大;基于纠删码的数据布局方式存储开销小,但是需要编码和解码,计算开销大.为了充分挖掘复制和纠删码数据布局的优点并结合重复数据删除技术中数据引用的特点,新方法用复制方式存储高引用数据块,用纠删码方式存储其他数据块,从而使系统整体性能和成本达到较优.通过原型系统的实现和测试验证了相比现有云中云存储策略,新方法在性能和成本上都有大幅度提高. 展开更多
关键词 云中云 重复数据删除 数据布局 复制 纠删码
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基于随机采样的方差缩减优化算法
5
作者 郭振华 闫瑞栋 +2 位作者 邱志勇 赵雅倩 李仁刚 《计算机科学与探索》 北大核心 2025年第3期667-681,共15页
随机梯度下降(SGD)算法因其性能优异而引起了机器学习和深度学习等领域研究人员的广泛关注。然而,SGD使用单样本随机梯度近似样本全梯度导致算法在迭代过程中引入了额外的方差,使得算法的收敛曲线震荡甚至发散,导致其收敛速率缓慢。因此... 随机梯度下降(SGD)算法因其性能优异而引起了机器学习和深度学习等领域研究人员的广泛关注。然而,SGD使用单样本随机梯度近似样本全梯度导致算法在迭代过程中引入了额外的方差,使得算法的收敛曲线震荡甚至发散,导致其收敛速率缓慢。因此,有效减小方差成为当前关键挑战。提出了一种基于小批量随机采样的方差缩减优化算法(DM-SRG),并应用于求解凸优化及非凸优化问题。算法主要特征在于设计了内外双循环结构:外循环结构采用小批量随机样本计算梯度近似全梯度,以达到减少梯度计算开销的目的;内循环结构采用小批量随机样本计算梯度并代替单样本随机梯度,提升算法收敛稳定性。针对非凸目标函数与凸目标函数,理论分析证明了DMSRG算法具有次线性收敛速率。此外,设计了基于计算单元性能评估模型的动态样本容量调整策略,以提高系统训练效率。为评估算法的有效性,分别在不同规模的真实数据集上开展了数值模拟实验。实验结果表明算法较对比算法损失函数减少18.1%并且平均耗时降低8.22%。 展开更多
关键词 随机梯度下降 方差缩减 凸优化 非凸优化 收敛速率
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分布式训练系统及其优化算法综述 被引量：9
6
作者 王恩东 闫瑞栋 +1 位作者 郭振华 赵雅倩 《计算机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-28,共28页
人工智能利用各种优化技术从海量训练样本中学习关键特征或知识以提高解的质量,这对训练方法提出了更高要求.然而,传统单机训练无法满足存储与计算性能等方面的需求.因此,利用多个计算节点协同的分布式训练系统成为热点研究方向之一.本... 人工智能利用各种优化技术从海量训练样本中学习关键特征或知识以提高解的质量,这对训练方法提出了更高要求.然而,传统单机训练无法满足存储与计算性能等方面的需求.因此,利用多个计算节点协同的分布式训练系统成为热点研究方向之一.本文首先阐述了单机训练面临的主要挑战.其次,分析了分布式训练系统亟需解决的三个关键问题.基于上述问题归纳了分布式训练系统的通用框架与四个核心组件.围绕各个组件涉及的技术,梳理了代表性研究成果.在此基础之上,总结了基于并行随机梯度下降算法的中心化与去中心化架构研究分支,并对各研究分支优化算法与应用进行综述.最后,提出了未来可能的研究方向. 展开更多
关键词 分布式训练系统 (去)中心化架构 中心化架构算法 (异)同步算法 并行随机梯度下降 收敛速率
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可重构高速数据加密系统设计和实现 被引量：6
7
作者 王凯 刘凯 +3 位作者 李拓 符云越 刘唐 王骞 《电子测量技术》 北大核心 2021年第19期8-15,共8页
为解决SM4传统加解密方式存在的速度慢、效率低、占用CPU计算资源的问题,提出了一种可重构高速数据加密系统。该系统基于Xilinx Virtex UltraScale VU9p FPGA,利用PCIe热插拔特性,可快速应用于办公主机或服务器,通过PCIe高速接口实现数... 为解决SM4传统加解密方式存在的速度慢、效率低、占用CPU计算资源的问题,提出了一种可重构高速数据加密系统。该系统基于Xilinx Virtex UltraScale VU9p FPGA,利用PCIe热插拔特性,可快速应用于办公主机或服务器,通过PCIe高速接口实现数据的快速传输,在FPGA内实现并行可调度SM4算法逻辑,设计有专用DMA模块,实现旁路主机CPU传输明文密文,减少主机端资源占用;采用FPGA实现的加解密系统具备可重构性,大大降低了算法迭代的硬件成本。系统分析测试和实验结果表明,该系统实现了数据的高速可靠传输与加密,总线速率达到8 GT/s,能有效满足大容量数据快速加解密的需求;采用并行可调度流水线加解密,较CPU实现方式,加解密速率提升约25.78倍。 展开更多
关键词 PCIe高速总线 SM4加解密 直接存储器访问 高速数据传输 现场可编程门阵列(FPGA)
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基于SystemVerilog的图像采集压缩卡芯片验证平台设计 被引量：2
8
作者 王凯 王骞 +2 位作者 符云越 李拓 刘凯 《电子测量技术》 北大核心 2021年第20期29-36,共8页
验证平台对视频采集压缩卡芯片的开发设计有重要作用。针对传统的验证平台在代码覆盖率以及测试效率方面存在的不足,设计了一款基于SystemVerilog搭建的验证平台,该验证平台采用面向对象程序语言设计,其中,PCIe host(RP)端采用Xilinx I... 验证平台对视频采集压缩卡芯片的开发设计有重要作用。针对传统的验证平台在代码覆盖率以及测试效率方面存在的不足,设计了一款基于SystemVerilog搭建的验证平台,该验证平台采用面向对象程序语言设计,其中,PCIe host(RP)端采用Xilinx IP建模链路层和物理层,保证了PCIe总线环境与真实主机板卡环境相同;外部验证环境采用SystemVerilog分层设计的方法,并采用类思想进行上层验证环境设计,使较多验证组件能够移植至同一接口协议的不同类SoC;此外,在自动化验证阶段,通过仿真报告自动判断case状态,调整随机基准以及在覆盖率报告中追踪未覆盖模块路径,极大地改善了代码的边角覆盖情况,加速了回归收敛。从采集压缩仿真过程、验证自动化以及覆盖率3个方面对该验证平台进行了分析,结果表明,该验证平台可快速完成相似设计的验证模组横向移植,提高相似功能芯片的验证可靠性,节省人力,加快仿真进度,加速覆盖率收敛,缩短验证周期,增加流片成功率。 展开更多
关键词 SYSTEMVERILOG 功能验证 自动化验证 覆盖率收敛
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