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[博士论文] 俞立呈
计算机科学与技术 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:随着CPU和GPGPU在各种环境下得到应用,人们逐渐发现这两个处理器各自的独特优势。为了实现优势互补并支持更广泛的场景,由CPU和GPGPU组成的异构多处理器系统受到关注。其中CPU和GPGPU共享最后一级缓存(LLC)的片上紧耦合系统能实现更细粒度的交互。然而简单地将CPU和GPGPU连接到共享LLC时两种处理器在访存行为上的差异性导致数据共享效率受限,并不能充分发挥异构多处理器系统的计算能力。
  本文首先分析了CPU和GPGPU使用共享LLC进行数据交换时的访存特征。发现简单的缓存替换策略并不能提供最高的数据交换效率,会产生缓存抖动问题,中间暂存数据被写入内存也会引入不必要的内存事务并浪费了内存带宽。此外传统的交互模式往往造成一方处理器空闲等待对方提供数据,无法有效地实现数据生成和计算的重叠。为了解决这些问题,本文提出使用固定大小的元素作为数据交换单位,并在LLC中实现硬件管理的共享数据队列以支持基于元素的数据共享。进一步提出元素-原子的数据组织方式以移除元素大小限制,配合访问协议支持GPGPU大规模乱序访问。同时还使用后备存储避免死锁同时保持访问低延迟,并在共享数据队列中实现了低代价的全局同步。
  在使用传统LLC进行数据交换时,本文发现CPU和GPGPU的算法常常偏好不同的最优数据存储布局以满足各自不同的局部性,导致数据存储布局冲突。已有的转换方法会污染转换处理器的缓存、引入额外的转换代码执行或管理代价。本文通过在共享LLC中加入访存地址重映射实现体系结构辅助的自动转换。于是运行在不同处理器上的算法始终可以它们各自的最优数据存储布局访问共享数据,并充分利用各的自私有缓存。由于处理器不再直接进行布局转换,CPU或GPGPU代码中也不再需要加入额外的管理代码。其次,本文使用可编程的重映射控制器实现灵活的数据存储布局转换,移除了对数据大小和只支持特定目标布局的限制。
  根据GPGPU并行访存的特征,本文指出其访存过程中存在大量的仿射计算,即各线程执行完全相同的内存地址计算,只有作为输入的线程ID有差异。这种冗余计算导致GPGPU的计算资源浪费且不利于对访存统一调度。因此本文提出访存分离计算,由CPU生成仿射计算参数,交由共享LLC计算各线程的实际访存地址,并生成相应的访存请求。LLC最终将数据经过访存融合后推送给GPGPU的各线程。因此访存分离计算移除了GPGPU代码中大部分的访存地址计算和访存操作本身,将更多GPGPU的计算资源保留给实际工作,提高了系统效率。
  最后,本文使用模拟器环境验证提出的优化方法。其中共享数据队列相比传统的数据交换方法加速了48%,而CPU和GPGPU的平均全局同步时间分别缩短到21%和38%。使用共享数据存储布局重映射后,测试程序的平均执行时间降低到69%;相比于使用CPU和GPGPU进行数据存储布局转换,使用本文的方法的平均转换时间分别减少到58%和46%。访存分离计算则将运行时间平均降低到48%,GPGPU平均执行的指令数下降到84%。实验表明,本文提出的优化方法从不同角度提升了CPU和GPGPU在共享LLC架构下的数据共享性能。
[专利] 发明专利 CN201510809896.2
摘要:本发明公开了一种紧耦合异构多处理器数据交换缓存的实现方法。处理器间数据交换单元为元素,每个元素划分为多个固定长度的原子,采用核间共享的最后一级缓存的部分空间存储交换中的元素,各原子以任意数量、任意顺序在处理器和最后一级缓存间传输,并由最后一级缓存控制器维护各元素原子间存储顺序和空间。本发明避免处理器间临时数据交换引入不必要的访存带宽和内存空间占用,允许不同的处理器以最合适的访存模式访问交换的数据。并且由最后一级缓存控制器管理共享数据的空间使用,去除了各个处理器各自管理的负担。
[专利] 发明专利 CN201410418801.X
摘要:本发明公开了一种GPGPU寄存器缓存的实现方法。各个流处理器移除原有寄存器文件,增加用于存储正在执行线程所需寄存器的寄存器缓存,线程执行前从内存中加载寄存器数据到寄存器缓存。在线程执行所需的寄存器能保存在流处理器的寄存器缓存中的前提下,从所有可执行的线程中选择线程数量最多的线程组合执行,从内存中加载选择的线程组合中每个线程所使用的寄存器数据到寄存器缓存,然后以任意方式对线程组合中的线程进行选择执行,当选择的线程组合中所有线程都无法执行时,重新选择另一组线程。本发明减少流处理器寄存器文件所需存储空间,降低能耗和面积,解除流处理器寄存器数量不足的限制,提高系统效率。
[专利] 发明专利 CN201410111160.3
浙江大学 2014-07-23
摘要:本发明公开一种数据容错的多线程投机方法。该方法是基于数据容错的多线程投机方法,让先到达栅栏的线程投机执行,充分利用众多线程之间同步数据造成的运行时间浪费,加速程序运行。本发明基于投机,判断,回滚的流程通过回滚错误的投机来保证程序的正确性。本发明对投机判断和回滚判断进行了建模,保证其效率。本发明通过限制投机深度,使得投机收益在减去该投机开销后保持一定范围内的稳定,从而提供稳定的程序运行速度提升。
[专利] 发明专利 CN201110294318.1
浙江大学 2012-06-20
摘要:本发明公开了一种寻找带约束的最短路径的方法。能够在一个带有约束的路网中寻找指定起点和终点间可行的最短路径。用由多个节点和边组成的图表示路网,用三个节点组成的三元组(a,b,c)表示无法从a经过b到达c的禁行规则。本发明是在寻找路径时记录每个节点可能到达的所有路径,并在寻找下一节点时只选择不违反禁行规则约束的路径。最终通过对节点的选择寻找到满足约束条件的最短路径。本发明解决了传统最短路径寻找方法无法处理禁行约束的问题,满足智能交通等领域的实际需求。
[专利] 发明专利 CN201310186969.8
浙江大学 2013-09-04
摘要:本发明公开了一种放化疗规范化质量控制指标的阶段划分方法,它将放化疗规范化质量控制指标分为五个阶段:1)第一阶段为放化疗前;2)第二阶段为放化疗期间;3)第三阶段为放化疗治疗间隔;4)第四阶段为随访;5)第五阶段为辅助质量控制。本发明提出分阶段的质量控制指标划分,在诊疗的各个阶段只需关注相应部分的指标,降低放化疗规范化质量控制的复杂度,有利于高效的放化疗规范化质量控制评估。
[专利] 发明专利 CN201310191175.0
浙江大学 2013-09-25
摘要:本发明公开了一种基于神经网络的放化疗规范化质量控制的量化方法。该方法的步骤如下:质量控制指标量化以获得质控向量,包括质量控制指标量化及质控向量的降维和归一化;构造神经网络,包括确定网络拓扑结构、神经元数量和传递函数;训练神经网络,包括选择训练样本、统计误差、调整网络参数;以及将训练后的神经网络应用于放化疗规范化质量控制的量化。由于质控向量和质量控制评分之间并没有明确的关系,往往需要专家根据经验全面判断得出,本发明利用神经网络通过学习能够较好地模拟这种非线性的隐含关系,从而便于系统、标准地评判后续治疗过程中的放化疗规范化质量控制程度。
[专利] 发明专利 CN201310186949.0
浙江大学 2013-08-28
摘要:本发明公开了一种放化疗规范化质量控制的量化系统,它包括以下方面:1)质控录入系统将质控记录存入质控数据库;2)质控量化系统利用神经网络对质控记录量化评分,并学习专家指导的量化评分标准;3)质控反馈系统用于查询质控数据库中的质控量化记录和质控评分;4)质控数据库用于保存所有质控记录、质控评分以及神经网络参数。本发明能够通过量化的评估准确指导医务人员进行切实有效的放化疗治疗,有利于治疗方案客观评估,也有利于管理部门对医务人员的诊疗水平以及相应癌症的治疗情况进行分析,据此改善医疗资源分配,提高医疗质量。
[专利] 发明专利 CN201110287589.4
浙江大学 2012-06-20
摘要:本发明公开了一种使嵌入式系统最高温度最小化的调度方法,包括:步骤1,计算任务的最坏执行总周期ei为第i个任务的最坏执行周期;步骤2,计算最优变换频率时间点t*;步骤3,如果任务的截止时间D小于或等于最优变换频率时间点t*,则处理器以频率E/D运行整个时间区间[0,D],否则执行步骤4;步骤4,计算第一频率和第二频率并以第一频率运行时间区间[0,t*],以第二频率运行时间区间[t*,D];其中,B=b-aC1,a=1/C,b=1/RC,C表示热容,R表示热阻,C1是正常数。本发明充分利用了任务调度的方法,有效地最小化嵌入式系统中的最高温度,极大地提高嵌入式系统的可靠性和稳定性。
[专利] 发明专利 CN201010280943.6
浙江大学 2011-01-19
摘要:本发明公开了一种移动Widget的数字签名方法,包括生成移动Widget数字签名配置文件以及验证移动Widget数字签名两个方面,其中:生成移动Widget数字签名配置文件包括以下步骤:1)生成签名信息,其中包括数字签名方法、XML文档规范化方法和被签名文档的引用信息;2)计算数字签名;验证移动Widget数字签名包括以下步骤:1)确定数字签名配置文件列表;2)验证数字签名配置文件,其中包括引用验证和数字签名验证。数字签名可以给用户提供移动Widget包的可靠来源信息,确保移动Widget包本身的完整性,保证移动Widget包没有被篡改。
[专利] 发明专利 CN201010280911.6
浙江大学 2011-01-19
摘要:一种移动Widget的本地化方法,包括如下步骤:1)生成用于移动Widget本地化处理的本地化配置列表;2)根据生成的本地化配置列表对移动Widget进行本地化,包含以下两个方面:a)选择移动Widget各资源文件的合适的本地化版本;b)对移动Widget配置文件中的各配置项进行本地化。本发明使得用户能够以其熟悉的语言和区域配置来使用移动Widget,有助于提高移动Widget的用户友善程度。
[专利] 发明专利 CN201010290594.6
浙江大学 2011-01-26
摘要:本发明公开了一种移动Widget包的安装方法,它包括如下步骤:1)获取移动Widget包文档,确定该文档的类型并验证该包文档格式的合法性;2)将移动Widget包文档解包到指定的安装目录;3)读取移动Widget的配置文件,按照配置文件来确定此移动Widget各配置属性变量的值;所述配置文件包含了此移动Widget的元信息;4)定位移动Widget的启动文件,该启动文件是移动Widget的执行入口。本发明有助于提高移动Widget安装和运行的便利性。
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