摘要：图作为一种灵活表达对象之间关系的数据结构,广泛地应用于各类重要的现实场景.近年来,随着性能提升速度放缓,通用处理器逐渐无法满足图计算应用的需求,并成为限制图计算发展的主要瓶颈.因此,面向图计算的领域专用加速器成为近年来的研究热点.通过定制化的硬件设计,图计算加速器可以在图计算应用中取得通用处理器数十倍的性能.然而,现有的图计算加速器在运行宽度优先算法时会频繁地重复访问幂律顶点的相关数据,进而导致了严重的冗余访存问题.在特定场景下,现有的图计算加速器的性能甚至低于通用CPU.为了解决该问题,本文提出一种冗余感知的高能效图计算加速器JiFeng.当幂律顶点完成迭代计算时,JiFeng通过跳过剩余的相邻边大幅减少其被重复访问的次数.JiFeng实现了一系列软硬件协同设计,在保证负载均衡的同时提升硬件的执行效率.为了验证JiFeng的有效性,本文采用FPGA原型系统对相关设计进行性能评估.JiFeng在典型的生成图和现实图上实现最高每秒遍历4612亿条边的性能和每秒每瓦特遍历125亿条边的能效比,并在2023年11月的图计算超算排行榜GreenGraph500的小数据集榜单上取得第2名的成绩.

摘要：在过去十数年,来自网络与社交网络的图信息量在急剧增长,这种本质上动态变化的图对存储、分析与处理的实时性需求越来越高.新兴的非易失性内存(Non-Volatile Memory,NVM)技术具有高密度、高可扩展性和接近零待机功耗的优点,同时由于字节寻址等特性被认为是替代DRAM的潜在候选者,它们可以满足动态图信息快速增长的存储与处理要求.然而,由于NVM的硬件限制和数据一致性要求,传统动态图数据结构在NVM环境下效率低下.为了解决NVM环境下动态图数据结构存在的读写不对称和耐久性低等问题,本文设计与实现了层级合并排序数组(Level Merge Sorted Array,LMSA),它是一种支持在对数时间内同时完成读与写操作的动态图数据结构,它使用层级数组存储动态图中边信息来提升查询速度与减少因动态图数据结构性质维护而产生的写次数.为了低开销地保证数据一致性,LMSA利用无日志记录一致性方案进行插入、删除和更新等操作.在配置了英特尔傲腾持久内存DCPMM(Intel Optane DC Persistent Memory Module)机器上的实验结果表明,与最新的动态图数据结构Stinger和GraphTinker相比,LMSA插入操作吞吐量是Stinger的4.3~12.6倍,是GraphTinker的1.4~4.35倍,其删除操作吞吐量是Stinger的5.7~20.1倍,是GraphTinker的1.4~4.58倍.

摘要：基于当前Gnutella网络统计特性的分析,重点分析了三个影响搜索性能的因素:超级结点,历史搜索记录以及延迟特性.分析结果表明上述三个指标对于设计一个新的搜索策略非常重要,它们构成了判断节点是否转发搜索请求的重要指标.在据此判断指标所提出的新型搜索机制中,每个节点就可以在选择邻居转发搜索请求时更加有目的性,搜索成功率会更高.实验仿真数据表明,与基于洪泛策略和基于随机行走策略的传统搜索机制相比较,此搜索策略在保持高搜索成功率的前提下能够大大减少消息通信量,从而减少系统开销,提高系统效率.

摘要：在分布式内存系统中,缓存是减少远端内存访问开销的一种有效手段.然而,单一的缓存一致性保证机制往往不能高效适配不同类型负载的访存特性.为此,面向分布式异构内存池系统,设计了基于目录和基于广播相结合的混合缓存一致性保证机制.利用四象限矩阵分析方法,对每个数据对象进行访存模式的判定分析,并为其配置最高效的缓存一致性保证策略,并且可以根据对象访存特征的变化在2种策略之间动态切换.实验结果表明,相比使用单一的缓存一致性保证机制,采用可动态配置的混合缓存一致性保证机制可提升分布式异构内存池系统的读和写,性能平均达32.31%和31.20%.此外,混合的缓存一致性保证机制在客户端数量不断增加时仍然表现出良好的可扩展性.

摘要：随着现实世界中图计算需求的快速增长,同一平台上往往并发运行着大量迭代图分析任务.然而,现有的图计算系统主要是为了高效执行单个图分析任务而设计的.因此,当多个并发图分析任务同时在同一个底层图上并行执行时,现有图计算系统会面临巨大的数据访问开销.为了提高并发图分析任务的吞吐量,现有的核外并发图处理方案通过共享图数据减少并发任务的数据存储与访问开销.但是,由于现实世界中图的图顶点度数幂律分布特性以及图分析任务之间的差异性,现有方案在访问数据时依旧存在着大量的不必要的冗余I/O开销.这是因为即使静态图分区中绝大部分顶点处于非活跃状态或者只被少数图分析任务共享,现有方法也依旧会将整个分区加载入内存供并发图分析任务处理.为解决上述问题,本文提出了一个面向并发图分析任务的高效存储系统GraphDP.它能够插入到现有核外图计算系统中来透明有效地减少现有图计算系统执行并发图分析任务时的存储消耗与数据访问开销,从而提高并发图分析任务的吞吐量.具体来说,GraphDP使用一种新颖的动态I/O调度策略,能够使系统以最优的I/O访问方式完成图数据的加载,并有效地减少加载到内存和cache的数据.同时,GraphDP通过高效的缓存机制在内存中优先缓存被频繁访问的图数据,从而进一步减少数据访问开销.为证明GraphDP的有效性,我们将GraphDP插入到目前流行的核外图计算系统中,包括GridGraph,GraphChi和X-Stream.实验结果表明,GraphDP分别将GridGraph,GraphChi和X-Stream的吞吐量提高了1.57~2.19倍,1.86~2.37倍和1.62~2.21倍.

摘要：ATPG(automatic test pattern generation)是VLSI(very large scale integration circuits)电路测试中非常重要的技术,它的好坏直接影响测试成本与开销.然而现有的并行ATPG方法普遍存在负载不均衡、并行策略单一、存储开销大和数据局部性差等问题.由于图计算的高并行度和高扩展性等优点,快速、高效、低存储开销和高可扩展性的图计算系统可能是有效支持ATPG的重要工具,这将对减少测试成本显得尤为重要.本文将对图计算在组合ATPG中的应用进行探究;介绍图计算模型将ATPG算法转化为图算法的方法;分析现有图计算系统应用于ATPG面临的挑战;提出面向ATPG的单机图计算系统,并从基于传统架构的优化、新兴硬件的加速和基于新兴存储器件的优化几个方面,对图计算系统支持ATPG所面临的挑战和未来研究方向进行了讨论.

摘要：随着现实世界中动态图计算需求的快速增长,现有的研究工作已经提出了多种方法来有效支持单调图算法在动态有向图中的处理.然而,由于动态有向图的图结构频繁发生变化,其相邻图顶点之间的状态更新存在复杂的依赖关系,这使得现有的软硬件方法在处理单调图算法时依然面临着数据访问成本高和收敛速度慢的问题.为此,本文提出了一种面向动态有向图的单调图算法加速器DSGraph,它能够充分利用图顶点之间的依赖关系来加快单调图算法在动态有向图处理中的收敛速度,并有效降低数据访问成本.具体来说,DSGraph通过实时提取动态有向图中图顶点的局部拓扑依赖顺序来执行异步迭代处理,从而显著减少冗余的图顶点状态更新.同时,DSGraph设计了一种异步迭代流水线架构,其按照依赖顺序对图顶点状态进行异步迭代处理,从而加速图顶点状态传播速度并减少数据访问开销.最后,DSGraph提出了一种无阻塞数据同步机制,通过并行执行本地图顶点的状态更新和外部图顶点的数据同步来减少系统同步开销.实验显示,与目前最先进的面向单调图算法的动态图处理系统KickStarter相比,DSGraph将动态有向图处理速度平均提升了11.2倍.

摘要：气候变化是当今世界面临的最严峻的挑战之一,造林绿化是应对气候变化的有效途径和重要手段。以开化县为例,分析了造林绿化对气候变化适应与缓解的效益,包括碳汇、水源涵养、生物多样性保护等方面,并探讨了造林绿化的影响机制和存在的问题,提出了进一步加强造林绿化工作的建议。

摘要：林业病虫害对森林健康和生态平衡造成了严重威胁。探讨了病虫害的传播途径,提出了相应的防控策略。通过分析不同传播途径对病虫害扩散的影响,针对气候变化、人为活动、生态系统等因素,提出了预防为主、综合治理为辅的策略,以减轻病虫害对森林的影响。

摘要：随着大数据应用的涌现,计算机系统需要更大容量的内存以满足大数据处理的高时效性需求.新型非易失性存储器(non-volatile memory,NVM)结合传统动态随机存储器(dynamic random access memory,DRAM)组成的混合内存系统具有内存容量大、功耗低的优势,因而得到了广泛关注.大数据应用同时也面临着旁路转换缓冲器(translation lookaside buffer,TLB)缺失率过高的性能瓶颈.大页可以有效降低TLB缺失率,然而,在混合内存中支持大页面临着大页迁移开销过大的问题.因此,设计了一种支持大页和大容量缓存的层次化混合内存系统:DRAM和NVM分别使用4KB和2MB粒度的页面分别进行管理,同时在DRAM和NVM之间实现直接映射.设计了基于访存频率的DRAM缓存数据过滤机制,减轻了带宽压力.提出了基于内存实时信息的动态热度阈值调整策略,灵活适应应用访存特征的变化.实验显示:与使用大页的全NVM内存系统和缓存热页(caching hot page,CHOP)系统相比平均有69.9%和15.2%的性能提升,而与使用大页的全DRAM内存系统相比平均只有8.8%的性能差距.