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2019年度实验室获奖成果

撰稿: 摄影: 发布时间:2022年04月12日

 (一)互联网视频流的高通量计算理论与方法

“互联网视频流的高通量计算理论与方法”获2019年度国家自然科学奖二等奖(第一完成单位)。

高并发、大流量互联网视频流的强实时处理与分析是网络空间内容安全、互联网信息服务等国家战略应用的重大需求,传统的先存后算离线批量计算模式在吞吐量和实时性方面存在固有缺陷,难以满足。亟待发展视频流的高通量并行计算理论方法。《Science》刊文指出,数据耦合是制约并行计算效率的核心难题。其复杂性在视频流的高通量计算中体现为:信号耦合机理不清、特征关联动态易变、语义表征交织多态。如何突破视频数据的复杂耦合限制,建立互联网视频流的高通量计算理论与方法,是当前视觉计算领域面临的艰巨挑战。

项目组在国家自然基金、973计划等项目支持下,历经10余年攻关,从视频流高通量计算的内在规律入手,在信号域、特征域和语义域揭示了数据的复杂耦合和动态关联机理,建立了局部解耦、全局优化的并行计算理论模型,形成了高吞吐、强实时的视频流高通量计算体系理论。

8篇代表论文SCI 他引805次,单篇最高SCI他引263次,3ESI高被引论文(含1篇热点论文),得到19位院士和95ACM/IEEE Fellow正面评价。代表论文1IEEE T-CSVT近五年发表的全部1003篇论文中引用次数第一,代表论文7ACM Multimedia近五年发表的全部566篇长文中引用次数第一。

项目建立了互联网视频流的高通量计算新理论,带动了视觉计算研究领域的新发展。基于项目理论成果,所研制系统在网络空间内容安全领域和互联网信息服务领域取得了大规模应用。

第一完成人获国家杰青项目资助,第二完成人入选青年长江,第四完成人任青年973项目首席。项目成果获2018年度中国电子学会自然科学奖一等奖。

 

(二)高效能异构并行调度关键技术及应用

   “高效能异构并行调度关键技术及应用”获得2019年度国家科技进步奖二等奖(第三完成单位)。由湖南大学、中国人民解放军国防科技大学、中国科学院计算技术研究所、 湖南长城信息金融设备有限责任公司等合作完成。

调度是决定复杂计算系统实际性能的基础。大规模异构并行系统的高效能随机调度日益成为国际高性能计算领域亟待攻克的重大技术挑战。项目组历经十余年刻苦攻关,从基础理论发现、关键技术突破、到系列调度器的研制和应用,形成了具有自主知识产权的技术体系,取得的主要科技创新如下:

1、提出了高效能异构并行随机任务调度理论,率先发现并证明了存在约束关系的随机任务调度长度的下界,解决了复杂计算应用并行执行时间一直无法精确预测的国际性难题。

2、研发了面向大规模异构超级计算机的自适应调度技术和调度器,能针对超算作业运行时特性自适应选择近优调度算法,将其运行效率大幅提高;研制的异构高效算法库,效率提升效果显著。

3、研发了异构多核嵌入式SoC调度技术,突破了嵌入式系统资源和能耗限制下的实时和可靠性瓶颈,基于该技术研制的高性能SoC芯片,其加解密实时性能均有提高。

4、研发了新型云资源管理调度技术,在国际上率先提出了GPU大规模虚拟化计算方法vCUDA,解决了异构云计算资源的高可扩展统一调度,实现的数据并行处理平台较国际主流的Spark等并行框架,计算效率提升了数倍。

陈国良、张尧学和王恩东等院士认为项目在自主可控关键领域上取得了技术突破,引领了异构并行计算关键技术的进步,高效能异构并行随机调度等理论方法与技术居国际领先,整体技术达到国际先进水平,项目成果先后获湖南省科技进步一等奖和技术发明一等奖。

大规模异构并行系统调度器已成功应用于天津、广州、深圳、济南、长沙、和无锡六大国家超级计算中心与浪潮、曙光的高性能服务器集群,显著提高了国产高性能计算机的计算效能,为促进激光聚变、基因工程、全球气候模拟等国家重大科技创新奠定了重要基础。为实现我国支付设备安全自主可控提供了新的解决方案。新型云资源管理调度器为浪潮、曙光、东华等龙头企业的云计算和数据中心建设提供了核心中间件,有力支撑了智慧城市和智能制造等行业应用的跨越式发展。

 

 

(三)高安全低功耗嵌入式系统芯片技术及应用

“高安全低功耗嵌入式系统芯片技术及应用”获得2019年度北京市技术发明奖一等奖(第二完成单位)。

   针对复杂网络环境下的安全威胁,提出了包含芯片内核硬件安全监控、多层次协同功耗优化、高安全低功耗嵌入式系统芯片技术的综合解决方案。主要技术发明如下:(1)提出了数据代码完整性校验的安全机制及系统芯片内硬件支持嵌入式处理器程序执行安全架构;(2)提出了高安全、低资源消耗的轻量级密码杂凑函数及数据代码完整性验证算法;(3)提出了一种新型TB-RM双逻辑电路功耗优化设计方法;(4)提出了一种基于深度学习的多层次协同功耗优化方法,开发了相应的集成电路功耗优化设计技术;(5)提出了新型红外-紫外-毫米波雷达复合制导技术及全球卫星导航系统GNSS-INS多模深耦合制导技术。基于上述关键技术,设计了高安全低功耗的芯片及嵌入式系统。该成果获得授权发明专利40余项,在国际顶级期刊或者高水平会议上发表论文80余篇。成果在制导装备、安全监控和高通量视频处理领域获得了应用,为国防、公共安全和社会经济建设做出了实际贡献。

 

(四)高性能虚拟化与云服务关键技术研发及产业化

“高性能虚拟化与云服务关键技术研发及产业化”获得2019年度北京市科技进步奖二等奖(第一完成单位)。

虚拟机是云计算的使能性技术,然而低性能效率、低安全效能、低资源可管理性与可用性等虚拟机原生性问题正在制约云计算的应用深度,是本领域的重要技术挑战。创新技术如下:

1、针对性能效率问题,基于应用基础广泛的典型虚拟化架构研究其主要的性能开销与噪声来源,针对性地提出基于资源解构的双模态分布的VMM降噪技术、网络协议栈半虚拟化及基于统一半虚拟化协议栈的性能优化方法、基于存储特性的在线迁移优化方法,实现面向高资源负载类应用的兼容与承载能力和有效的服务质量保障。

2、针对安全效能问题,充分利用虚拟机架构特性在虚拟机管理器层面实现透明的安全防护与管控技术,提出无代理运行时虚拟机代码安全监控框架、统一DMA安全框架和安全设备模型、虚拟机USB设备安全管控与审计方法,为云环境下的应用提供高效安全防护。

3、针对资源可管理性与高可用性问题,面向资源虚拟化、分布式特征,研究具有局部自管理与故障隔离能力、支持分层调度的资源管理框架,研究资源调用关系模型驱动与监控数据驱动相结合的资源调度策略、性能管理与故障诊断方法,提出基于迭代式存储同步的虚拟机容错机制,提高了大规模云资源的管理效率和可用性。

 

 
 


 
 
 
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