摘要：随着物联网、云计算与网络舆情分析等应用的快速发展,大数据处理的应用已经成为数据中心的核心负载.数据中心服务器普遍采用多核处理器,而目录缓存作为多核处理器结构中维护缓存一致性的关键部件,对其结构研究(如稀疏目录)更多地关注于目录缓存的容量与可扩展性,更适合处理高性能计算等计算密集型应用.然而,当多核处理器执行延迟敏感的大数据应用程序时,目录缓存的高访存延迟严重制约了数据中心的服务质量.针对该问题,新型主从目录缓存结构优化了数据访问过程中的一致性协议通路,其中主目录区分共享与私有数据,管理私有数据的访存操作,降低私有数据的访存延迟,提高了从目录的容量利用率;从目录维护共享数据的缓存一致性,采用有限位标签结构,提高了从目录的存储效率.实验在Simics+GEMS模拟平台上对大数据程序测试集Cloudsuite-v1.0进行评估.结果表明在以大数据应用程序为主的运行环境下,与2倍容量的稀疏目录相比,主从目录缓存结构降低了24.39%的硬件开销,降低了28.45%的缓存缺失延时,提升了3.5%的处理器IPC;与缓存内目录相比,主从目录结构虽然损失了5.14%的缓存缺失延时与1.1%的处理器IPC,但是降低了42.59%的硬件开销.

摘要：在CC-NUMA架构系统中,为了减少缓存一致性维护的开销,大规模CC-NUMA系统通常采用多级缓存一致性域设计,降低平均一致性维护操作数量,从而有效缓解系统性能扩展与一致性维护开销的矛盾.传统的MESI,MESIF,MOESI协议主要是针对单级一致性域优化设计,并且没有考虑到大型数据库应用中查询(数据读访问)业务量占据主导地位的特点,故该类一致性协议在多级缓存一致性域场景下存在着跨域操作频度高、执行效率低等缺点.针对上述问题,提出了一种基于共享转发态的多级缓存一致性协议MESI-SF.该协议创建了一个共享转发态Share-F,允许多个一致性域内同时存在远端数据副本的可读可转发状态,从而能够为同一域内同地址的读请求直接提供共享数据,有效减少了跨域操作,提升系统性能.SPLASH-2程序集模拟结果表明,对于两级Cache一致性域系统,相比MESI协议,MESI-SF能够减少23.0%跨结点访问次数,指令平均执行周期数(cycles per instruction,CPI)降低7.5%;相比MESIF协议,MESI-SF能够减少12.2%跨结点访问次数,指令平均执行周期数降低5.95%.

摘要：以现场可编程门阵列（FPGA）为核心构建了高性能、高密度异构加速卡.基于目标阻抗设计方法,对解耦电容和电路进行了交流和直流分析,并给出了电源完整性后仿结果,验证了该分析方法的有效性.最后给出了该FPGA异构加速卡在图像识别中的应用实例,并与中央处理器、图形处理器的性能作了对比.

摘要：针对高端服务器设计面临的可扩展性问题,提出了一种紧耦合单跳步多平面(TSMP)体系结构设计方法。该方法采用双侧多平面互连结构,支持8-32路规模无缝扩展;基于两级目录结构的高速缓存一致性实现方法,支持高并发一致性访问和高效冲突处理,有效降低一致性访问传输、处理延迟。该方法已应用于浪潮32路K1高端服务器的设计,对设计的系统进行了内存性能、处理性能和可扩展性测试,测试结果表明,采用该设计可使高端服务器的计算、访存性能随系统规模从单路到32路线性增长。K1高端服务器支持基于QPI1.0协议的Intel安腾(Itanium)4核CPU-Tukwila和8核CPU-Polson,是中国研制的首台投入商业化应用的高端服务器。

摘要：随着信息爆炸式地增长,以高效、合理使用存储资源为目的的数据分级存储管理已然成为存储领域的研究热点.但是,数据分级存储管理过程中存在热点数据定位不准确的问题,主要原因是对基于块级的数据特征研究不够充分.针对上述问题,提出一种基于扩展块的数据特征模型***在基于扩展块级粒度的基础上建立分级数据管理的特征模型,通过对被管理数据对象的特征进行统计分析,自动进行数据管理决策,将冷/热数据迁移至对应层级以便能够高效合理地使用存储资源.最后,设计实现了基于EDM模型的原型系统,通过对原型系统的测试表明EDM模型具备可行性,能够有效管理存储资源.

摘要：信息化应用、技术需求对数据中心性能扩展能力、资源利用率和能耗等提出了更高需求,传统数据中心通过设备堆积、交换机连接、再辅以虚拟化资源调度管理的方式无法满足需求.本文提出了适应未来数据中心的新型架构——融合架构,阐述了其设计理念和关键技术.应用实践表明,基于硬件重构+软件定义的融合架构能够有效提升数据中心的性能扩展能力、资源利用率和能效,有助于构建开放融合、敏捷高效与智能绿色的新型数据中心.

摘要：目前,数据压缩算法主要基于串行编程模型设计和实现,导致数据压缩速率较低,因而无法满足大数据分析和处理等应用的实时性需求。为了解决这个问题,以常用数据压缩算法Gzip为蓝本,提出一种实现无损数据压缩算法的专用硬件电路。首先,采用多字典并行查找的设计方案提高重复数据的查找速率;接着,采用匹配长度拼接技术提升数据的压缩效果;最后,采用开放计算语言(Open CL)实现了所提出的专用硬件电路。基于现场可编程门阵列(FPGA)进行功能验证和性能评测,结果表明:与基于串行编程模型设计和实现的数据压缩算法相比,所提出的硬件电路在取得适当压缩率的同时,显著地提高了数据的压缩速率,压缩速率可达12 Gb/s。

摘要：密码卡是一种密码设备,位于网络安全平台的物理层,通过各种密码算法为上层应用系统提供加解密、数字签名等密码运算服务。从云计算安全方面考虑,密码卡需要具备高速运算的特点,并且需要通过虚拟化技术实现高并发性。密码卡作为输入/输出(Input/Output,I/O)设备面临的挑战是,如何在虚拟化的情况下获得良好的I/O性能并有效地共享I/O设备。目前I/O虚拟化技术的发展相对滞后,影响了虚拟机的整体性能。基于此,该文提出了3种密码卡虚拟化设计方案,实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的软件虚拟化密码卡和基于单根I/O虚拟化技术的硬件虚拟化密码卡。在实际应用中,虚拟化密码卡通过高速外设部件互连标准(PCI-E)总线内置于服务器中,具备高性能并且通过软件调度可以被多用户共享。结果表明,该技术可应用于金融、电信等信息安全领域,具备广阔的应用前景。

摘要：基板管理控制器(BMC)作为大型嵌入式系统负责对服务器进行控制和管理,针对BMC的脆弱性以及面临的安全威胁,提出一种服务器管理控制系统的威胁模型。首先,为了寻找威胁,根据BMC的硬件结构和软件架构建立了数据流图(DFD);其次,采用威胁六要素(STRIDE)方法进行威胁发现,得出全面的威胁列表;然后,为了对威胁进行细化描述,建立了威胁树模型,得出具体的攻击方式并对威胁进行量化;最后,针对STRIDE分类的威胁制定了应对策略,给出了BMC威胁的具体防护方法,满足了机密性、完整性、可用性等安全目标。分析结果表明,所提模型能够全面识别BMC的安全威胁,基于该模型提出的BMC具体防护方法已作为安全基线应用于设计过程中,提升了服务器整体安全性。

摘要：针对信息中心等中高端存储系统需求,为保证海量数据和高并发访问的应用,设计具有高可靠性、高可扩展性、高性能的NAS集群存储系统。该NAS集群存储系统具有支持十亿级文件数量,PB级存储容量,数十GB的聚合带宽,可以满足高性能计算、网站、文件服务、流媒体、数字化视频监控、文件备份等领域的应用。并针对不同的客户需求,可以提供不同的主机接口,具有较强的适应性。