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开放课题

2007年度开放课题指南

撰稿：摄影：发布时间：2007年09月30日

一、简介

中国科学院计算机系统结构重点实验室是我国计算机系统结构领域的重要科研基地之一。它的主要任务是研究和发展计算机系统结构相关领域的基础理论和关键技术。现阶段重点围绕超并行计算机系统和多核处理器开展基础研究和高技术前沿探索，为高性能计算机系统和高性能处理器设计领域的发展持续提供创新方法和关键技术。为提高实验室的开放层次和水平，增进国内外学术交流与合作，促进人才流动与学科交叉渗透，特设开放研究课题。欢迎国内外相关领域的科研工作者参与实验室的开放课题研究。

二、指南的制定原则

为促进计算机系统结构领域内的新理论、新思想和新技术、新方法的发展，加强国内外学术思想与人才的交流，本实验室特设立开放研究课题，资助有关人员来本实验室从事计算机系统结构的基础理论、关键技术研究和应用基础研究。

指南的制定原则如下：

• 根据我国计算机系统结构领域的发展战略，着眼于国民经济建设的当前和长远的需要和国际学科发展的前沿；

• 鼓励具有开拓性、前瞻性、创造性和高层次理论和技术的自主创新研究及具有重大应用前景的项目；

• 利于促进多学科的交叉渗透和多部门的联合攻关，有利于建立和发展国际合作的新格局，有利于人才培养和学科的发展；

• 鼓励和支持从事计算机系统结构的青年科技工作者，尤其是博士后、博士生和海外留学人员在本实验室进行开放课题研究；

• 资助项目的申请者要求与本室科研人员协同工作。

三、本年度建议开放课题的研究方向

本室开放课题主要资助研究新型高性能计算机的体系结构，面向新型体系结构的模拟仿真、操作系统、应用建模和优化技术，高端处理器的微体系结构，跨平台多系统虚拟化技术、大规模片上多核并行处理器设计方法、可扩展可重构处理器设计方法，并行程序设计模型、语言、编译，先进微处理器的代码生成与优化，计算机体系结构及微体系结构可靠性设计，多核处理器的自测试、自诊断、自修复设计，VLSI测试和设计验证方法。本年度建议开展课题如下（可不限于以下课题）：

1. 延长生命周期的多核处理器可靠性设计技术研究

在45nm及以下工艺中，temperature variation将成为集成电路可靠性的重要挑战，造成电路的过早老化和性能退化，大大缩短其生命周期。

本课题主要内容包括：

(1) 针对多核处理器在使用和测试中出现的“热点”（hot spot），研究平衡多核处理器热量的方法。

(2) 研究多核处理器在使用中检测退化核的方法。

(3) 针对使用中已产生退化核的多核处理器，研究自适应、自重构的高可靠性多核处理器技术，考虑利用退化核延长处理器的生命周期。

2. 10Gb/s~20Gb/s高速传输电路技术研究

高速信号传输作为当前半导体设计的关键技术，具有独特的设计挑战。突破并掌握该技术对研制多核高端处理器具有重要意义。

研究内容为:

1) 均衡（Equalization）电路的研究。

2) 高速时钟及时钟分布方案。

3) 实现髙速传输的发送端, 接收端电路。

4) 指标：达到10Gb/s~20Gb/s的速度。

3. 融合媒体流式应用与领域通用应用的结构设计探索

目前在处理器设计领域，通常分别针对多媒体应用和以科学计算为代表的领域通用应用做不同的处理器设计，但从本质上讲，二者有很多共性。多媒体应用对流处理的性能提出了非常高的要求，主要特点是丰富的数据级并行性和对密集计算能力的需求；而面向领域通用的多线程模式大规模片上多核结构提供的many-core资源、小核内的SIMD支持、多发射技术可以较好的满足流处理对计算能力的要求；节点内共享的L1 Cache迎合了流处理中数据级并行性丰富的特点；流处理中的数据局部性特点也可以充分利用小核内的SPM（Scratch Pad Memory）资源。对于流处理来说，各功能模块之间需要进行高速数据传递，而面向领域通用的多核设计内的高速片内互联网络完全可以满足这一需求，SPM之间的快速数据通道使得功能模块之间的数据传递进一步摆脱了memory的束缚。但面向领域通用的处理器设计通常对于规整的多媒体应用达到的效率不如针对流式设计的处理器，如何提高面向领域通用处理器设计的灵活性，使其不但可以适用多种算法，还可以更改处理模式，使其很容易将线程的动态分配模式转变成具有数据流特点的流处理模式，使面向领域通用应用的多核设计可以有效地处理高性能的流式应用，就是本课题要研究的内容，此课题要求基于计算所正开展的GodsonT处理器研究模型开展工作。

要求：提出融合媒体流式应用与领域通用应用的结构方案，并参与该结构的System C设计，和针对该结构的评估工作。

4. 大规模片上多核结构上的算法并行化

随着集成电路工艺的发展，大规模片上多核设计已经成为发展趋势。针对领域通用的多核设计，一个关键的问题是如何有效将特定算法移植到特定多核结构上，充分利用结构设计的特点，发挥多核设计的并行处理优势，评估多核结构设计，通过应用分析提高结构设计水平。

围绕上述目标，需要研究的主要内容包括：

1) 移植科学计算问题中的关键算法到特定大规模片上多核处理器设计上；

2) 充分利用特定多核设计结构的特点，持续改进算法；

3) 分析该多核结构设计的问题，提出改进意见。

要求：结合中科院计算所设计的大规模片上多核结构模型，开展研究工作，要至少深入评估两个典型算法在该结构模型上的效果。

5.低功耗扫描测试技术研究

目前工业界广泛采用的扫描测试方案，其高功耗会影响待测芯片的成品率甚至损坏待测芯片。研究无硬件开销或低硬件开销的低功耗扫描测试技术，提出有效的测试向量不确定位填充技术来解决扫描测试过程中（包括扫描及捕获）功耗带来的可靠性问题。要求与国际上现有的通过降低扫描频率或其他可测试性设计方案来降低测试功耗的同类技术相比，具有减少测试应用时间和显著降低硬件开销的优势。

6.即时编译辅助的垃圾收集

Java这类面向对象语言采用垃圾收集器（Garbage Collector, GC）在堆上动态管理对象的分配，并主动回收不再需要的对象空间以供重复使用。这种自动的内存回收机制在简化了Java程序开发工作的同时，也为系统的运行带来了额外的开销。为了降低GC管理内存的时空开销，除了进一步改进GC本身的算法外，由即时编译器(Just-in-time compiler, JIT)分析应用程序并安插显式内存回收等指令，是减轻GC自动回收负担的一种有效途径。本项目即研究探讨这种由JIT辅助的、结合显式内存回收的垃圾技术，并选择在开源的Java SE项目Harmony上进行实现。

项目的主要研究内容是：

1) 研究程序分析技术以识别出对象的生命期特征，所研究的分析算法需要在效率和准确性之间做一个好的折中。

2) 根据生命期信息，对应用程序的中间表示进行变换，使得新产生的中间表示包含有多种内存分配模式以及显式的内存回收指令。

3) 研究扩展的中间表示在Harmony流水线编译机制下到目标代码的转换。

4) 在GC侧，研究对显式内存回收的支持机制，包括堆布局、各类堆空间的管理算法等。

7.VLSI容错设计中的超图建模与划分算法研究

优化的划分能够在不增加冗余资源的情况下改善系统的容错能力。本研究关注VLSI容错设计过程中的建模与划分问题。使用超图对电路进行建模，把电路的可靠性最大化问题转化为超图划分的多目标最优化问题。围绕上述目标，需要研究的主要内容包括：

1) 建立电路的超图模型，将可靠性指标转化为超图特征参数的函数模型；

2) 研究以可靠性为目标的超图划分算法；

3) 研究划分粒度、冗余策略、及电路特征参数对可靠性的影响并建立模型；

4) 设计基于超图划分的高可靠性电路设计工具；

5) 建立实验系统，验证基于超图划分的高可靠性电路设计方法。

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