摘要：近年来以RISC-V为代表的开源指令集引领了开源处理器的设计潮流.然而,目前国内外的开源处理器性能尚未满足学术界和工业界的需求.为填补空白,香山处理器项目启动.香山是一款开源高性能RISC-V处理器,采用6发射超标量乱序执行设计,目前在著名开源项目托管平台GitHub上获得超过3200个星标(Star),形成超过400个分支(Fork),成为国际上最热门的开源硬件项目之一,得到国内外企业和研究者的积极支持.香山处理器在近两年时间中历经两代版本演进,第一代“雁栖湖”微架构已经成功流片,回片性能符合预期;第二代“南湖”微架构已进入最后的优化迭代阶段,即将投片,据已知消息,其仿真评估性能在当前开源处理器中排名第一.主要讨论香山前两代微架构的实现细节与设计演进,并系统介绍开发香山过程中的各类挑战与经验.

摘要：空间锶原子光钟在轨运行过程中会感受到幅度约为80μT的地磁场变化,通过引入同等大小的外磁场变化,实验观测了变化地磁场对空间光钟冷原子由磁光阱装载到光晶格的影响。理论分析了地磁场变化对钟跃迁探测的影响,并对磁场稳定性需求进行了分析。通过电动旋转台和永磁体模拟空间环境变化的磁场,利用三维磁通门进行实时探测,设计了主动补偿系统并对外界磁场进行实时补偿,使空间光钟磁光阱中心区域磁场波动在亚μT量级,满足了空间光钟对磁场的补偿与控制需求。

摘要：针对中法合作SVOM卫星的天区范围内机遇目标规划问题(ToO-MM),对其中的约束条件和优化目标进行抽象,建立了规划问题数学模型,设计实现了基于启发式规则的机遇目标规划算法TMHPA。以最大化卫星科学观测收益和最大化应急任务响应度为优化目标,考虑卫星姿态调整时间的影响,对观测任务和数传任务进行规划。通过仿真实验验证算法的有效性,结果表明该方法能够在保证算法收敛性和时效性同时,给出卫星在天区范围内的网格单元(tile)目标观测序列以及执行数传任务的时段安排,实现对ToO目标观测的快速响应,并及时下传机遇目标科学观测数据,满足规划算法的设计需求。

摘要：数据流架构的执行方式与神经网络算法具有高度匹配性,能充分挖掘数据的并行性.然而,随着神经网络向更低精度的发展,数据流架构的研究并未面向低精度神经网络展开,在传统数据流架构部署低精度(INT8,INT4或者更低)神经网络时,会面临3个问题:1)传统数据流架构的计算部件数据通路与低精度数据不匹配,无法体现低精度神经网络的性能和能效优势;2)向量化并行计算的低精度数据在片上存储中要求顺序排列,然而它在片外存储层次中是分散排列的,使得数据的加载和写回操作变得复杂,传统数据流架构的访存部件无法高效支持这种复杂的访存模式;3)传统数据流架构中使用双缓冲机制掩盖数据的传输延迟,但是,当传输低精度数据时,传输带宽的利用率显著降低,导致计算延迟无法掩盖数据传输延迟,双缓冲机制面临失效风险,进而影响数据流架构的性能和能效.为解决这3个问题,设计了面向低精度神经网络的数据流加速器DPU_Q.首先,设计了灵活可重构的计算单元,根据指令的精度标志位动态重构数据通路,一方面能高效灵活地支持多种低精度数据运算,另一方面能进一步提高计算并行性和吞吐量.另外,为解决低精度神经网络复杂的访存模式,设计了Scatter引擎,该引擎将在低层次或者片外存储中地址空间离散分布的低精度数据进行拼接、预处理,以满足高层次或者片上存储对数据排列的格式要求.同时,Scatter引擎能有效解决传输低精度数据时带宽利用率低的问题,解决了双缓冲机制失效的问题.最后,从软件方面提出了基于数据流执行模式的低精度神经网络映射算法,兼顾负载均衡的同时能对权重、激活值数据进行充分复用,减少了访存和数据流图节点间的数据传输开销.实验表明,相比于同精度的GPU(Titan Xp)、数据流架构(Eyeriss)和低精度神经网络加速器(BitFusion),DPU_Q分别获得3.18倍、6.05倍、1.52倍的性能提升和4.49倍、1.6倍、1.13倍的能效提升.

摘要：三北地区是我国重要的生态屏障,分析2000—2019年三北防护林体系建设工程(简称:三北工程)区植被恢复时空变化状况,厘定人类活动与气候要素对植被恢复的贡献,探究植被恢复对土壤风蚀影响,评估植被恢复潜力空间,可为三北防护林体系建设工程未来规划管理和科学施策提供参考。本文在选取植被覆盖度和植被净初级生产力表征植被恢复状况基础上,利用地面数据,结合模型模拟,定量评估了2000—2019年三北防护林体系建设工程区植被恢复程度及其对土壤风蚀的影响,并对植被恢复潜力进行探究。研究结果表明:(1) 2000—2019年植被恢复程度高、较高的面积,占总面积的35.29%和13.16%,主要分布在黄土高原区及北部区域和风沙区与东北华北平原农区的部分地区。人类活动与气候因素对植被恢复贡献率为10.45%和89.55%;(2)土壤风蚀以轻度侵蚀和微度侵蚀为主,呈逐年下降趋势,剧烈侵蚀面积减少了66.45%,防风固沙服务得到进一步提升。植被恢复程度与土壤风蚀模数呈负相关关系,植被恢复程度较好有助于降低土壤风蚀模数;(3)三北工程区森林、草地和荒漠生态系统仍有8.16%的恢复潜力,内蒙古高原北部部分地区、哈顺戈壁北部和准噶尔盆地西北部及周边区域、黄土高原南部部分区域存在较大恢复潜力。

摘要：为实现生物墨水的高效率递送,构建了一种基于空气辅助雾化技术的细胞递送装置,并利用多种方法系统地测量了雾化特性,以及雾化参数对细胞活性的影响。根据粒径的Rosin-Rammler分布规律对雾化均匀度指数进行了定量评估;利用多帧图像叠加以及局部阈值二值化方法对雾化视频进行边界提取,分析雾化角;结合BM3D去噪算法与二值化算法精确定位雾滴位置,实现雾滴运动速度的精确测量。实验结果表明:雾化高度和射流流量均与雾滴粒径正相关;当辅助气体压力高于60 kPa时,会显著影响雾滴均匀度;通过射流流量和雾化高度的参数控制,雾化面积可实现50~1800 mm2的大宽幅调节;雾滴的运动速度受雾化高度影响较大,且在50 mm雾化高度下运动速度最大,均值可高达14 m/s;雾化高度和辅助空气流量均会显著影响HaCaT细胞活性,在50 mm雾化高度下细胞活化率低至64.01±0.86%(阴性对照组为92.98±3.21%),而在100 mm雾化高度下可高达90.24±0.73%;HaCaT细胞活性在喷涂后72小时内与未喷涂的保持一致。该雾化装置可用于生物墨水的高效率递送,为实现不同面积喷涂或细胞高活化率递送的雾化参数优化设计提供了指导。

摘要：在高性能处理器开发中,准确而快速的性能估算是设计决策和参数选择的基础.现有工作通过采样算法和RTL的体系结构检查点加速了处理器RTL仿真,使得在数天内测算复杂高性能处理器的SPECCPU等基准测试的性能成为可能.但是数天的迭代周期仍然过长,性能测算周期仍然有进一步缩短的空间.在处理器RTL仿真过程中,预热过程的时间占比很大.HyWarm框架的提出是为了加速性能测算过程中的预热过程.HyWarm通过微结构模拟器分析负载预热需求,为每个负载定制预热方案.对于缓存预热需求较大的负载,HyWarm通过总线协议进行RTL缓存的功能预热;对于RTL全细节仿真,HyWarm利用CPU分簇和LJF调度缩短最大完成时间.HyWarm相较于现有最好的RTL采样仿真方法,在与基准方法准确率相似的前提下,将仿真完成时间缩短了53%.

摘要：针对井下智能导钻工程中使用的传统磁通门传感器不耐高温且在尺寸上无法满足井下狭小空间等问题,设计了工作在175℃高温环境下的高性能数字磁通门传感器。该传感器基于二次谐波法设计,采用SM320F28335GBS作为主控芯片,协调控制激励电路、感应电路、反馈电路与温度数据采集电路,联合磁通门探头实现了高温环境下磁场信号的采集与处理。实验测试结果表明:该高温磁通门传感器的量程为±60000 nT,分辨率为3 nT,线性度为0.03%,与高性能磁通门磁测数据的相关系数为0.927,在175℃高温环境下的磁测数据验证了该数字磁通门样机能够用于高温环境下的磁场测量。

摘要：为满足分布式储能系统中蓄电池组与直流母线互联时对DC-DC变换器的高效率、高功率密度、宽电压调节范围的要求,该文提出一种中间电容谐振型级联双向DC-DC变换器。该级联变换器的低压侧采用改进的谐振型双有源桥(DAB),与传统DAB不同,该结构利用DAB高频变压器漏感与级联拓扑的中间直流母线电容进行谐振,工作频率在2倍谐振频率且在最高效率点运行;高压侧采用传统双向Buck-Boost拓扑,以提升电路的整体电压调节范围。该级联变换器具有中间直流母线电容小、电压调节范围宽、控制复杂度低、效率高、功率密度高的优点。该文首先,分析了变换器的拓扑结构、工作原理和控制策略;其次,推导了关键状态变量和电压增益;然后,建立了变换器的损耗模型,并据此进行谐振参数设计;最后,搭建了一台额定功率7.5kW的样机,其功率密度为1.15W/cm3,满载效率为95.9%,实验验证了该级联变换器高效率、高功率密度和宽电压调节范围的特性。

摘要：新时期国土空间规划背景下,科学合理地划定城镇开发边界,建立健全的国土空间用途管制制度是有序引导国土空间各类开发保护行为的重要举措。本文以福州市为例,构建了一种全域多维度国土空间管控体系,将其管控约束条件嵌入未来土地利用格局模拟中。同时,顾及区域空间异质性和时空依赖性,设计了一种服务于城镇开发边界划定的集成地理分区策略、深度学习技术、FLUS模型功能模块的时空元胞自动机ST-CA(Spatio-Temporal Cellular Automata)模型。基于已有成果集成三区三线,开展“划管结合”思维下的空间管控应用研究。结果表明:①顾及区域空间异质性和时空依赖性的ST-CA模型可以有效提高土地利用变化模拟精度(OA指标从95.95%提升至98.34%),实现更为真实、准确的地理模拟过程;②地理模拟过程中嵌入管控约束条件,可引导城镇、农业和生态3类空间合理布局且规模可控,基于模拟结果划定的城镇开发边界能有效避开规划保护用地;③未来模拟预测结果结合管控预警值可看出,福州市主城区及周边区县的城镇扩张形势比较严峻,未来亟需对福州市国土空间格局进行合理调控;④边界变化趋势特征表明划定结果与福州市的远景发展规划布局一致,符合区域发展诉求,国土空间格局呈现多轴化发展趋势。研究结果可为福州市国土空间开发保护行为提供科学谋划,为国土空间管控及优化提供实践参考依据。