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开放课题

2008年度开放课题指南

撰稿：摄影：发布时间：2008年10月20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，提高学术水平和技术水平，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：
1)        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；
2)        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；
3)        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；
4)        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；
5)        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，先进微处理器的物理实现关键技术，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）：

题目1：多核CPU物理实现关键技术研究（高级微处理器技术方向）

高性能多核CPU的设计中，体系结构和物理实现是需要同时关注的两个关键方面。在深亚微米设计环境下，对应于高性能CPU在速度、功耗、面积方面的极高要求，需要对电路和版图设计层次上的关键技术进行重点研究，包括全局的设计流程和集成技术，以及关键单元的设计实现等。
本课题所研究的内容涵盖多核CPU在物理实现层次上的关键技术，包括：
1)        定制设计方法与流程，以及定制设计模块与自动布局布线模块的集成方法。
2)        全芯片集成技术以及时钟/电源分配、CPU核与共享高速缓存间互连结构的物理实现方案。
3)        低功耗设计方法。
4)        电路设计和版图实现层次上的高速、高密度、低功耗设计方法研究，数据通路关键模块的微结构和电路设计，基本单元的设计和实现。
要求：针对中科院计算所多核CPU项目在物理实现层次上的要求开展研究工作，完成上述一项或者多项研究任务。

题目2：适应多核计算平台影响器件可靠性的电磁寄生参数提取算法研究（可靠性设计方向）

在物理级可靠性建模和设计中，电磁寄生参数提取是一个重要环节，由于计算规模和准确性的更高要求，纳米级工艺下芯片寄生参数提取面临着巨大的挑战。随着多核微处理器的普及，研究适应多核平台的并行寄生参数提取算法具有重要意义。
本课题主要内容包括：
1)        研究适应纳米级工艺特点的三维寄生电容提取算法；
2)        将串行电容提取算法加以改造，使其适应多核并行计算平台；
3)        研究片上工艺参数变动对互连寄生参数和物理级验证方法的影响；
4)        研究基于多核计算平台的高效率并行寄生参数提取算法。

题目3：高性能测试向量产生器研究（测试方向）

内建自测试（BIST）技术需要内建式测试向量产生器和测试响应分析器作为支撑。常用的以LFSR为基础的测试向量产生器所产生的测试集的大小与测试集所能达到的故障覆盖率是一对矛盾。为达到足够高的故障覆盖率，通常需要很多的测试向量，从而延长了测试时间。但如果缩短测试时间，又很难达到满足要求的故障覆盖率。因此，研究高故障覆盖率、短测试时间、低面积开销的高性能测试向量产生器具有十分重要的实际意义。研究成果要求比现有的内建式测试向量产生器的故障覆盖率和测试时间指标有大幅度的提高，同时面积开销较小。

题目4：大规模片上多核结构上的多媒体处理算法并行化研究（先进微系统方向）

多媒体处理具有实时性要求高和数据量大等特点，对数据的处理能力要求日益提高。随着大规模集成电路的发展，大规模片上多核处理器已经成为处理器设计的主流，为多媒体处理提供了强大的并行计算平台。面向领域通用的大规模片上多核处理器结构具有多执行核和SIMD指令等多粒度计算资源，核内Scratch Pad Memory等局部片上存储以及片内快速数据传输结构特点。如何有效地将多媒体处理算法映射到多核处理器上，充分利用多核处理器并行处理的特点，提高算法并行性，同时通过算法来评估多核处理器结构设计，提高多核处理器结构的设计水平是本课题研究的关键问题和主要任务。
本课题的主要研究内容包括：
1)        移植多媒体处理中的典型算法到特定大规模片上多核处理器架构上；
2)        充分利用特定多核处理器的结构设计特点，对原算法进行改进和优化，主要包括并行计算资源的利用、片上存储的优化以及片上数据传输的优化；
3)        通过对算法性能的分析，发现多核结构设计的问题并提出改进意见。
本课题要求基于计算所的Godson-T处理器模型进行研究工作，要至少深入评估两个典型的多媒体处理算法在该处理器结构上的效果。

题目5：大规模片上多核结构上的HMMER算法并行与优化化（体系结构方向）

针对1～2个特定的需要大量计算时间的实际科学计算应用，研究在大规模多核平台下相应算法的并行实现和优化，充分利用算法和体系结构的特点，取得好的优化加速比和可扩展性。
1、必要性：
HMMER软件包是生物信息学中进行数据库搜索比对的生物序列分析工具，该软件建立在viterbi算法的基础上，需要大量的计算时间，在搜索海量的生物信息数据库时提高其性能显得尤为重要。
2、主要任务：
1)        分析HMMER软件包中的主要算法viterbi的特点，并将其并行；
2)        充分利用多核设计结构的特点，充分发挥算法和体系结构的优势，进一步优化算法。

题目6：基于非均匀可分割统一空间地址的线程计算交互与同步机制与理论的研究（操作系统方向）

传统高性能计算机与PC服务器的融合意味着以多核微处理器为代表的未来计算机体系结构必须同时面向高性能计算和以运计算为代表的网络计算机时代。因此，必须突破传统的计算机执行模型与计算模型，满足面向云计算的网络计算时代的计算范式（paradigm）的跨越。研究内容：
1)   研究适用于Internet计算、基于云计算模式的新型网络非冯诺依曼计算机模型，可基于对PGAS（partitioned global address space）的
扩展，发展基于非均匀可分割统一空间的计算模型，从而能够更好地支持与探索未来适用于Internet计算的计算模式，例如Google的MapReduce，同时充分吸收了莫尔定律冲击下的多核计算机架构与网络技术`的发展；
2)  基于1）的研究成果，研究基于非均匀可分割统一空间的计算模型、基于分布式线程计算理论、同步与交互机制的研究，为发展适合于Internet计算的新型系统软件设计奠定基础。

题目7：并行程序的行为验证和异常检测技术（编译方向）

随着多核时代的到来，开发并行程序成为难以避免的选择。并行程序本身的行为不确定性、为追求性能而引入的一些并行语言特征都加剧了并行程序开发的复杂性。研究内容包括：
1)        研究恰当的程序抽象方法及形式化模型，并尝试使用某种显式方法来表达各种并行相关的语义约束，使其既适合扩展又方便检测；
2)        研究能有效避免模型状态空间爆炸的方案，比如与编译技术结合、形式化的约简技术、发掘模型的某些静态特征等等。

题目8：考虑信号完整性问题的片上多处理器系统核间互连网络设计研究（交叉）

对比于SoC，适用于MPSoC的NoC研究开展得比较晚，互连的信号完整性、通讯的延迟等都是要致力解决的问题，本课题有如下4个研究内容：
1)      层次化NoC设计的EDA算法研究。随着MPSoC中的IP核越来越多，各种规则式NoC所造成的资源浪费与局部流量拥挤等问题将变得非常严重，必须进行层次化NoC设计才能够克服这些问题，但这会增加NoC设计复杂度，因此必须进行适于层次化NoC设计的EDA算法研究。
2)      NoC的通讯信号完整性。纳米工艺所带来的各种各样工艺参数变化(PV)比较严重，对IC性能与功耗的影响比较大，在设计NoC中必须考虑PV的影响；同时当两个相连路由器之间信号线较长时，还需要考虑各种干扰源，如串扰和不均匀温度分布等。
3)      NoC的通讯质量。不仅要考虑GS和BE的通讯流量，而且要考虑GS服务中的通讯延迟。

四、本年度开放课题申请书提交时间及联系方式

2008年度开放课题申请书提交时间：2008年11月10日之前。
联系人：杨欣；
电话：010-62600600；
Email：xinyang@ict.ac.cn
电话及传真：010-62600600。

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