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开放课题

2010年度开放课题指南

撰稿：摄影：发布时间：2010年11月15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

本年度建议开展课题如下（可不限于以下课题）：

题目1：面向RFIC的集成电路测试技术研究

问题描述：射频集成电路中对S参数、噪声等用于表征性能的主要技术指标开展测试非常重要，本课题将针对S参数、噪声等展开研究,主要研究内容包括：建立基于IC-CAP的自动测试环境，通过GPIB卡控制仪器设备；对微波射频信号测试中的不同校准方法进行理论分析和比较研究，为提高S参数和噪声测试的精确度和可靠性提供理论依据；研究射频集成电路中噪声性能测试技术，尤其是低噪声电路的片上自测试方法。

题目2：基于指令集的处理器功耗量化模型研究

问题描述：近年来，功耗评估与低功耗设计一直是集成电路设计领域的热点问题。随着处理器设计规模的不断增大，如何在设计早期提出处理器的功耗模型并指导处理器低功耗设计，具有很大的研究意义与探索空间。本课题研究基于指令集的处理器功耗量化分析方法和工具，基本思想是通过处理器的结构与物理信息对每条指令执行时的功耗状况进行估计，并形成量化模型。与已有的指令集功耗模型相比，其最大的特点在于考虑了处理器的结构设计信息与物理设计信息，而不是把芯片作为一个黑盒来处理，模型的精度可以大大提高，同时对这些结构和物理信息进行参数化，可以提出通用的量化分析模型，指导处理器的低功耗设计。

题目3：嵌入式软件功耗的建模方法研究

问题描述：以高级程序设计语言（如C、C++和Java 等）实现的嵌入式软件为主要研究对象，在源程序级、算法级和软件体系结构级三个层次上，对影响嵌入式软件功耗的相关因素进行度量和分析，设计和开发出一套适合嵌入式软件的功耗融合建模方法及功耗函数，并通过仿真实验与理论分析的手段评价和验证所设计的功耗模型。

题目4：基于多核龙芯处理器的Hadoop平台移植优化与应用

问题描述：在基于四核龙芯3A的KD-60万亿次机上，进行云计算基础设施Hadoop平台的移植与优化，并进行应用分析。主要研究内容包括：

（1）Map-Reduce移植与优化：基于龙芯JAVA虚拟机，将开源的Map-reduce移植到KD-60上，并针对多核龙芯的体系结构特点进行优化；

（2）基于Hadoop的通用基于距离索引软件包GeDBIT：索引软件是数据密集型应用的核心组件，本课题将基于Hadoop实现通用基于距离索引软件包GeDBIT (Generalized Distance-based Index Tree)；

（3）在多核龙芯平台上进行应用分析，通过多核处理器的Performance Counter寄存器进行多核平台上应用特征分析，包括Cache Miss Rate、核间通信等。

题目5：多级系统结构下的动态负载平衡问题研究

问题描述：当前，高性能计算机系统结构呈现显著的多级结构特点，主要包括计算结点、单结点内多CPU、单CPU内多核三个层次。特别是CPU上具有多核，由于CPU的多核之间可以通过访存交换数据，访存速度远远高于计算结点间传输数据所使用的网络的通信速度。因此，并行程序需要合理分配子任务、仔细设计通信方法，利用好这种多级的系统结构特点，以取得较好的并行性能，即高性能计算机多级系统结构下的动态负载平衡问题”。具体包括以下内容：

（1）将多级系统结构下的动态负载平衡问题抽象出来，使用恰当的方式建模描述；

（2）对该问题研究具有一定普适性的动态负载平衡方法；

（3）研制具有通用性的软件模块，使用建模的研究成果作为接口，集成动态负载平衡方法研究的成果。

题目6：SRAM型FPGA片内容错设计在空间环境中的可靠性应用

问题描述：飞行器在轨运行期间，空间环境中的高能粒子对飞行器的辐照，将产生辐照损伤、单粒子效益和深层充电等破坏效果。随着对飞行器电子系统的功能和性能需求的不断提高，大规模SRAM型FPGA得到日益广泛的应用。然而，SRAM型FPGA更易发生导致逻辑错误的单粒子翻转（SEU）效应。常用的FPGA防护和容错设计技术，包括重金属屏蔽、三模冗余、定时刷新等，往往导致较高的重量、功耗或者性能开销。因此，研究容错能力强、硬件资源开销低的SRAM型FPGA容错设计具有十分重要的实际意义。研究成果要求比现有的SRAM型FPGA容错设计的软错误率低，同时硬件资源开销较低。

题目 7：基于片上众核处理器的低功耗技术研究

问题描述：随着高性能计算需求的日益增加，片上众核（many-core）成为未来处理器结构的发展方向。半导体工艺的发展，使得微处理器设计面临的功耗、热扩散等问题日趋严重，如何降低片上众核处理器的功耗，已经成为制约其发展的重要因素。

本课题主要从以下方面展开研究：

（1）片上众核处理器的功耗建模方法

（2）片上众核处理器的功耗评估方法

（3）片上众核处理器的功耗优化方法

要求：针对中科院计算所多核CPU项目开展研究工作，完成上述一项或者多项研究任务。

题目 8：三维几何成像模拟算法的并行和优化

问题描述：卫星成像的等结果图像分辨率较高（10000×10000像元），模拟地面场景包含的三角面片数量级为10^12，内存需求量巨大，为了获得好的结果还需要进行多种积分，计算量巨大。针对卫星成像中的光线追踪算法，在当前多核体系结构特点的基础上，深入分析已知并行计算模型和编程模型，综合考虑存储、计算和通信等因素对算法性能的影响，开发面向多核体系结构的高性能算法，以充分发挥体系结构在高性能计算方面的优势，提高算法的效率，并形成一套的基准测试程序。

题目 9：面向移动智能设备的能耗优化技术研究

问题描述：随着微电子技术与移动计算的快速发展，芯片的计算能力与功耗密度持续增加，以智能手机为代表的新一代移动计算设备上的应用软件更为丰富和复杂，导致系统能量消耗速度加快，电池使用寿命变短。为了更好地适应移动计算环境的需求，面向特定领域和特定用户的自适应低能耗技术将会成为下一步研究的热点。本项目希望针对当前新型移动计算环境中出现的能耗控制问题，从系统的整体能耗消耗的角度建立面向移动计算设备的全系统能耗模型，结合面向用户的电池使用寿命预测方法，研究情境感知的自适应能耗管理策略。

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