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3 2014 科 年 报 二 一 五 年 四 月 中 国 科 学 院 计 算 技 术 究 所 科 处 编

4 编 委 任 : 孙 凝 晖 编 委 : 李 锦 涛 隋 雪 青 陈 熙 霖 程 学 旗 编 : 罗 瑞 丽 责 任 编 辑 : 吴 金 凤 编 辑 : 孙 愿 李 丹 梁 丽 通 讯 员 : 董 慧 何 玉 晓 李 楠 阮 麟 张 冬 李 晓 宇 宋 艳 梅 田 卫 平 何 文 静 任 菲

5 计 算 所 简 介 中 国 科 学 院 计 算 技 术 究 所 ( 简 称 计 算 所 ) 创 建 于 1956 年, 是 中 国 第 一 个 专 门 从 事 计 算 机 科 学 技 术 综 合 性 究 的 学 术 机 构 计 算 所 制 功 了 我 国 第 一 台 通 用 数 字 电 子 计 算 机, 并 形 了 我 国 高 性 能 计 算 机 的 发 基 地, 我 国 首 枚 通 用 CPU 芯 片 也 诞 生 在 这 里 在 过 去 的 五 十 多 年 里, 计 算 所 是 我 国 计 算 机 事 业 的 摇 篮 近 五 年 来, 计 算 所 的 定 位 是 创 建 学 术 前 瞻 的 引 领 产 业 型 战 略 高 技 术 究 所, 保 障 国 家 信 息 空 间 安 全, 为 中 国 计 算 机 产 业 人 才 技 术 的 源 头 在 计 算 技 术 学 科 的 计 算 机 系 统 网 络 智 能 技 术 三 个 究 领 域, 开 以 体 系 结 构 算 法 为 特 色 的 学 术 究 技 术 创 新 技 术 应 用 技 术 转 移, 重 点 在 龙 芯 处 理 器 曙 光 高 性 能 计 算 机 天 玑 网 络 数 据 引 擎 上 取 得 重 大 突 破 截 止 2014 年 底, 计 算 所 获 得 国 家 院 市 部 级 科 技 奖 励 218 项, 其 中, 国 家 级 科 技 奖 励 43 项 ( 含 非 第 一 完 单 位 7 项 ), 院 市 部 级 科 技 奖 励 175 项 ( 含 非 第 一 完 单 位 12 项 ) 计 算 所 坚 持 基 础 性 战 略 性 前 瞻 性 的 三 性 原 则, 坚 持 新 时 期 办 院 方 针, 以 跻 身 国 际 前 沿, 关 注 国 计 民 生, 引 领 中 国 信 息 产 业 为 己 任, 落 实 创 新 求 实 的 理 念, 力 争 为 世 界 一 流 的 科 学 术 机 构

6 目 录 年 度 科 概 况 1 科 4 重 点 / 重 大 科 任 务 4 面 向 LTE-Advanced 的 终 端 软 基 带 技 术 4 面 向 C-RAN 的 低 功 耗 通 用 处 理 器 平 台 发 6 高 通 量 计 算 系 统 的 构 建 原 理 支 撑 技 术 及 云 服 务 应 用 8 面 向 服 务 的 未 来 互 联 网 体 系 结 构 机 制 究 11 网 络 大 数 据 计 算 的 基 础 理 论 及 其 应 用 究 12 可 重 构 大 内 存 加 速 卡 14 新 型 多 核 / 众 核 处 理 器 编 程 运 行 支 撑 环 境 16 3D 内 容 视 觉 获 取 技 术 及 设 备 18 可 编 程 虚 拟 化 路 由 器 关 键 技 术 究 及 系 统 制 20 异 构 媒 体 数 据 的 关 联 挖 掘 究 22 高 精 度 低 本 低 功 耗 的 海 水 电 导 率 传 感 器 究 设 计 24 超 并 行 高 效 能 计 算 机 体 系 结 构 设 计 方 法 究 26 云 环 境 下 的 图 像 视 频 群 体 协 同 表 达 处 理 28 在 线 社 会 关 系 网 络 的 挖 掘 分 析 30 后 IP 网 络 体 系 结 构 及 其 机 理 探 索 32 数 据 并 行 线 程 并 行 合 一 的 可 伸 缩 处 理 器 体 系 结 构 34 动 态 可 配 置 的 压 缩 感 知 像 系 统 36 理 论 计 算 机 科 学 38 计 算 机 体 系 结 构 40 视 觉 模 式 分 析 识 别 42 多 媒 体 内 容 分 析 44 海 云 计 算 系 统 关 键 技 术 系 统 究 46 面 向 未 来 网 络 的 可 编 程 网 络 测 试 仪 表 48 瓦 楞 纸 生 产 线 智 能 生 产 管 理 工 艺 支 撑 系 统 50 面 向 工 业 产 品 全 生 命 周 期 的 仿 真 公 共 服 务 平 台 52 华 为 高 通 量 服 务 器 制 54 究 方 向 科 56 获 奖 69 大 规 模 网 络 视 频 处 理 内 容 分 析 关 键 技 术 及 应 用 69 结 题 验 收 的 代 表 性 70 面 向 IMT-Advanced 增 强 多 媒 体 多 播 技 术 70 图 像 视 频 处 理 72 Web 搜 索 挖 掘 的 新 理 论 和 新 方 法 74 基 于 云 计 算 的 海 量 数 据 挖 掘 76 绿 色 网 络 - 降 低 网 络 能 耗 的 理 论 技 术 78 未 来 异 构 无 线 网 络 信 息 理 论 关 键 技 术 究 80 云 计 算 I/O 服 务 器 VIO Server 82 高 通 量 计 算 关 键 技 术 的 究 84 支 持 未 来 网 络 创 新 的 可 编 程 虚 拟 化 路 由 器 平 台 86 机 器 博 士 -- 智 能 技 术 集 平 台 88 天 玑 学 术 网 90 科 基 地 94 计 算 机 体 系 结 构 国 家 重 点 实 验 室 94 移 动 计 算 新 型 终 端 北 京 市 重 点 实 验 室 98 中 科 院 智 能 信 息 处 理 重 点 实 验 室 101 中 科 院 网 络 数 据 科 学 技 术 重 点 实 验 室 103 学 术 活 动 105 知 识 产 权 120 学 位 论 文 137

7 年 度 科 概 况 年 度 科 概 况 一 承 担 课 题 概 况 2014 年, 计 算 所 共 有 在 项 目 650 项 ( 包 括 新 增 项 目 203 项 ), 其 中, 持 或 参 国 家 重 大 科 技 专 项 课 题 32 项 ( 新 增 3 项 ); 持 国 家 973 项 目 3 项 ( 新 增 1 项 ), 参 课 题 26 项 ( 新 增 5 项 ); 持 或 参 国 家 863 课 题 31 项 ( 新 增 10 项 ); 持 或 参 国 家 科 技 支 撑 课 题 14 项 ( 新 增 1 项 ); 持 或 参 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 20 项 ( 新 增 4 项 ) 面 上 项 目 64 项 ( 新 增 17 项 ) 国 家 杰 出 青 年 科 学 基 金 项 目 2 项 ( 新 增 1 项 ) 优 秀 青 年 科 学 基 金 项 目 4 项 青 年 基 金 77 项 ( 新 增 11 项 ); 持 或 参 中 国 科 学 院 战 略 性 先 导 科 技 专 项 课 题 2 项 院 重 点 部 署 项 目 5 项 ( 新 增 2 项 ) 国 家 自 然 科 学 基 金 委 和 中 科 院 重 大 科 仪 器 设 备 制 项 目 5 项 ( 新 增 2 项 ) 持 或 参 国 家 自 然 科 学 基 金 委 和 科 技 部 的 国 际 合 作 项 目 5 项 ( 新 增 2 项 ) 院 地 合 作 项 目 11 项 ; 承 担 横 向 项 目 171 项 ( 新 增 53 项 ) 二 科 教 融 合 中 心 通 过 论 证 按 照 中 国 科 学 院 四 个 率 先 的 求, 计 算 所 建 设 科 教 融 合 中 心 并 承 办 中 国 科 学 院 大 学 计 算 机 控 制 学 院, 到 2030 年 实 现 科 学 卓 越 和 教 育 卓 越, 计 算 所 的 基 础 前 沿 究 水 平 达 到 国 际 一 流, 计 算 机 学 院 的 教 育 水 平 达 到 国 际 一 流 这 项 率 先 行 动 计 划 的 重 大 改 革 举 措 使 得 计 算 所 的 一 个 定 位 有 了 源 头, 能 够 按 照 斯 坦 福 模 式 把 计 算 所 建 世 界 一 流 的 科 机 构 三 基 础 前 沿 究 有 了 引 领 性 工 作 计 算 所 的 基 础 前 沿 究 出 现 了 若 干 引 领 性 的 工 作, 标 志 计 算 所 在 细 分 领 域 走 在 了 世 界 最 前 列 (1)IPU: 国 际 上 首 个 深 度 学 习 处 理 器, 获 ASPLOS14 最 佳 论 文 ( 大 陆 首 次 ),MICRO14 最 佳 论 文 (47 年 来 首 次 美 国 之 外 );(2) 消 息 式 内 存 (MIMS): 消 息 式 内 存 专 利 群 被 华 为 公 司 评 为 山 顶 专 利, 获 华 为 最 佳 究 创 新 团 队 总 裁 奖 ;(3)PARD: 世 界 上 首 次 提 出 面 向 云 计 算 的 动 态 可 编 程 体 系 结 构, 文 章 被 ASPLOS15 录 用, 受 邀 参 加 由 国 际 体 系 结 构 泰 斗 David Patterson 组 织 的 顶 尖 学 者 论 坛 Dagstuhl Seminar; 发 表 在 HPCA2010 上 的 I/O DMA Cache 技 术 思 想, 在 Intel 最 新 发 布 的 Xeon E5 处 理 器 中 得 到 验 证 ;(4)SimICT: 国 际 上 第 一 个 支 持 千 核 万 线 程 规 模 的 模 拟 平 台, 速 度 比 学 术 界 流 gem5 模 拟 器 高 3 个 数 量 级 1 年 度 科 概 况

8 年 度 科 概 况 2014 科 年 报 基 础 前 沿 究 的 重 突 破 包 括 :(1) 突 破 软 件 工 程 领 域 旗 舰 会 议 ICSE, 利 用 局 部 时 钟 重 现 并 行 错 误 的 技 术 应 用 于 两 个 知 名 系 统 PRES 和 CLAP;(2) 面 向 可 穿 戴 计 算 的 增 量 智 能 模 型 发 表 了 2 篇 UbiComp, 基 于 爱 心 小 屋 的 残 疾 人 远 程 维 权 终 端 系 统 应 用 于 北 京 市 13 个 郊 区 县 41 个 村 ;(3)SCN 路 由 器 关 键 技 术 未 来 网 络 体 系 结 构 的 相 关 发 表 在 SigComm( 大 陆 最 近 10 年 首 篇 ) CoNEXT 上, 路 由 器 在 小 规 模 未 来 网 络 试 验 网 及 国 家 相 关 部 门 部 署 应 用 ;(4) 5G 绿 色 通 信 关 键 技 术 发 表 在 IEEE Wireless Magazine( 影 响 因 子 6.5) 上 ;(5) 频 繁 场 景 挖 掘 算 法 被 ICDE2015 录 用 ( 计 算 所 首 篇 ); 结 合 深 度 学 习 和 流 形 学 习 的, 获 2014 年 ACM ICMI 视 频 表 情 识 别 第 一 名, FG2015 NISTPASC 视 频 人 脸 识 别 竞 赛 第 一 名 四 天 玑 有 望 捅 破 天 互 联 网 信 息 监 测 系 统 在 国 家 新 闻 办 获 得 重 点 项 目 支 持, 建 立 起 系 统 发 运 行 维 护 数 据 服 务 整 体 工 作 流 程, 为 特 定 通 道 信 息 监 测 的 核 心 业 务 系 统 大 数 据 引 擎 系 统 完 了 系 统 的 产 品 制, 在 某 部 重 点 项 目 中 得 到 实 际 应 用, 行 生 产 性 运 行 2014 年 天 玑 团 队 夯 实 了 以 BDC/BDE/BDA 为 核 心 的 网 络 大 数 据 系 统 技 术 体 系, 网 络 数 据 感 知 获 取 系 统 实 现 百 万 量 级 信 源 频 道 的 分 布 式 采 集, 大 数 据 引 擎 系 统 产 品 定 型, 高 吞 吐 性 能 企 业 同 类 系 统 相 比 优 势 明 显, 有 望 取 得 捅 破 天 的 应 用 效 五 pfind3.0 迎 接 蛋 白 质 组 时 代 pfind 团 队 历 经 5 年 半 制 完 定 量 分 析 软 件 pquant, 相 关 论 文 发 表 在 分 析 化 学 流 期 刊 Analytical Chemistry, 实 现 了 从 定 性 到 定 量 的 跨 越 交 联 鉴 定 软 件 plink 继 2012 年 后 再 次 突 破 Nature Methods, 支 持 国 际 同 行 在 Nature 发 表 了 文 章 ;plink 2 的 速 度 提 升 了 数 十 倍, 利 用 pquant 技 术 完 的 合 作 文 章 投 稿 到 PNAS; 连 续 第 三 次 办 了 中 国 计 算 蛋 白 质 组 学 讨 会 经 过 十 年 如 一 日 的 努 力,pFind 团 队 有 望 在 蛋 白 质 组 时 代 占 据 领 先 优 势 六 超 级 基 站 工 程 样 机 制 功 超 级 基 站 的 工 程 样 机 制 功, 单 基 站 支 持 30 万 用 户 并 发 通 信, 核 心 技 术 在 我 国 第 一 代 WX 移 动 通 信 系 统 中 得 到 应 用 基 于 超 级 基 站, 正 在 构 建 仿 真 原 型 验 证 相 融 合 的 5G 移 动 通 信 科 教 学 实 验 平 台, 能 作 为 空 天 地 一 体 移 动 通 信 系 统 的 科 实 验 装 备 DX LTE 基 带 芯 片 流 片 功, 形 了 LTE 小 基 站 解 决 方 案 七 新 增 人 才 科 奖 励 程 学 旗 究 员 获 得 国 家 基 金 委 杰 出 青 年 基 金 资 助, 李 晓 维 究 员 入 选 科 技 北 京 百 名 领 军 人 才 培 养 工 程, 陈 云 霁 究 员 荣 获 CCF 青 年 科 学 家 奖, 范 东 睿 孙 毅 入 选 院 卓 越 青 年 科 学 家 在 信 息 检 索 方 向 引 入 徐 君 究 员, 在 高 性 能 计 算 方 向 引 入 尤 海 航 究 员, 尤 海 航 究 员 获 得 院 百 人 择 优 支 持,Luis 连 续 第 三 次 荣 获 中 科 院 外 籍 青 年 科 学 家 项 目 支 持 引 入 海 外 博 士 6 人 2014 年 获 得 的 科 技 奖 励 包 括 :(1) 前 瞻 实 验 室 大 规 模 网 络 视 频 处 理 内 容 分 析 关 键 技 术 及 应 用 获 北 京 市 科 学 技 术 奖 一 等 奖 ;(2) 智 能 信 息 处 理 实 验 室 视 觉 模 式 的 局 部 建 模 及 非 线 性 特 征 获 取 理 论 方 法 究 获 北 京 市 科 学 技 术 奖 三 2

9 年 度 科 概 况 等 奖 ;(3) 网 络 数 据 实 验 室 社 会 化 媒 体 数 据 的 分 析 检 索 获 钱 伟 长 中 文 信 息 处 理 科 技 奖 一 等 奖 ;(4) 网 络 数 据 实 验 室 大 规 模 社 会 化 媒 体 数 据 的 感 知 分 析 处 理 系 统 获 中 国 电 子 学 会 科 学 技 术 奖 二 等 奖 ;(5) 前 瞻 实 验 室 在 计 算 复 杂 性 密 码 学 领 域 的 究 获 中 国 密 码 学 会 密 码 创 新 二 等 奖 ;(6) 东 莞 分 部 国 云 的 G-Cloud 云 计 算 操 作 系 统 V6.2 获 广 东 省 科 技 步 奖 二 等 奖 此 外, 我 所 参 的 项 目 32 位 星 载 容 错 控 制 计 算 机 系 统 关 键 技 术 及 应 用 国 家 高 性 能 计 算 应 用 服 务 环 境 关 键 技 术 及 应 用 均 获 北 京 市 科 学 技 术 奖 一 等 奖, 面 向 智 能 电 网 的 大 数 据 即 时 处 理 和 分 析 技 术 究 应 用 获 北 京 市 科 学 技 术 奖 二 等 奖, 普 适 计 算 关 键 技 术 及 支 撑 平 台 获 教 育 部 科 学 技 术 步 奖 一 等 奖, 基 于 大 数 据 的 互 联 网 机 器 翻 译 核 心 技 术 究 及 产 业 化 获 中 国 电 子 学 会 科 学 技 术 奖 一 等 奖 八 产 业 化 工 作 亮 点 突 出 历 时 四 年, 计 算 所 控 股 的 曙 光 信 息 产 业 股 份 有 限 公 司 于 2014 年 11 月 6 日 在 上 海 交 易 所 上 市, 至 12 月 8 日 连 续 22 个 涨 停 板, 被 誉 为 HPC 第 一 股, 市 值 超 过 150 亿 元 ( 至 2015 年 4 月 市 值 已 近 300 亿 元 ) 2014 年 8 月 北 京 市 长 王 安 顺 到 中 科 晶 上 公 司 调, 对 团 队 充 分 肯 定, 在 北 京 市 科 委 的 支 持 下, 中 科 晶 上 获 得 北 京 市 政 府 基 金 4000 万 元 A 轮 投 资 新 立 了 北 京 中 科 睿 芯 科 技 有 限 公 司, 从 事 高 密 度 视 频 处 理 加 速 系 统 业 务 ; 新 立 了 北 京 中 科 力 量 智 能 技 术 有 限 公 司, 专 注 于 电 信 银 行 和 证 券 等 领 域 的 智 能 计 算 应 用 此 外, 华 为 公 司 的 第 二 个 A 类 项 目 并 行 编 程 框 架 得 以 签 订 九 分 所 工 作 入 新 的 十 年 2014 年 新 立 了 洛 阳 分 所, 是 计 算 所 在 中 部 地 区 设 立 的 第 一 个 分 所, 定 位 于 发 数 字 媒 体 技 术 等 下 一 代 信 息 产 业 ; 新 立 了 福 州 分 所, 开 数 据 相 关 应 用 技 术 究 和 产 业 化, 由 此 计 算 所 基 本 完 了 在 沿 海 经 济 发 达 地 区 的 院 地 合 作 布 局 苏 州 分 所 经 过 十 年 的 发, 逐 步 由 平 台 型 发 到 引 领 产 业 型, 在 已 有 的 五 大 服 务 平 台 的 基 础 上, 为 服 务 器 处 理 器 视 频 处 理 芯 片 基 带 芯 片 三 大 方 向 的 产 业 化 提 供 强 力 支 持, 带 动 本 地 企 业 的 升 级 济 宁 分 所 导 建 设 的 中 科 智 造 信 息 产 业 园, 是 计 算 所 动 整 合 资 源 打 造 科 技 产 业 园 区 的 第 一 次 尝 试, 以 推 动 济 宁 市 产 业 结 构 的 转 型 太 仓 分 所 利 用 自 发 的 奥 视 佳 摄 像 运 动 控 制 系 统 为 江 苏 卫 视 最 强 大 脑 2 的 节 目 摄 制 提 供 支 持, 实 现 了 拍 摄 的 全 自 动 化 全 资 讯 化 拍 摄 轨 迹 提 前 规 划 及 精 确 的 重 复 拍 摄 顺 德 分 所 为 美 的 公 司 构 建 了 智 慧 工 厂 的 整 体 技 术 标 准, 将 有 效 推 动 美 的 产 业 链 的 整 体 步 十 国 际 合 作 交 流 依 然 活 跃 2014 年 计 算 所 共 出 访 224 人 次 其 中 员 工 出 访 为 126 人 次, 占 出 访 总 人 数 的 56%; 学 生 出 访 为 82 人 次, 占 出 访 总 人 数 的 37%; 赴 台 16 人 次, 占 7% 2014 年 计 算 所 引 了 美 国 的 Sally A. McKee 副 教 授 Jason Oscar Mars 助 理 教 授, 他 们 被 纳 入 中 科 院 国 际 人 才 项 目 访 问 学 者 计 划 ; 西 班 牙 的 Luis HerranzArribas 博 士 被 纳 入 中 科 院 国 际 人 才 项 目 博 士 后 计 划 2014 年 计 算 所 办 了 亚 太 计 算 机 系 统 国 际 讨 会 等 4 个 重 国 际 学 术 会 议, 还 邀 请 国 内 外 知 名 学 者 到 计 算 所 做 了 120 场 学 术 报 告 3 年 度 科 概 况

10 科 2014 科 年 报 科 重 点 / 重 大 科 任 务 面 向 LTE-Advanced 的 终 端 软 基 带 技 术 面 向 LTE-Advanced 的 终 端 软 基 带 技 术 是 计 算 所 牵 头 的 新 一 代 宽 带 无 线 移 动 通 信 网 国 家 科 技 重 大 专 项 课 题 ( 课 题 编 号 : 2013ZX ), 课 题 执 行 时 间 为 2013 年 6 月 至 2015 年 12 月 本 课 题 的 究 内 容 是 以 矢 量 处 理 器 内 核 的 究 和 相 关 工 具 链 开 发 为 基 础, 对 关 键 的 基 带 处 理 算 法 行 并 行 化 和 矢 量 化 的 优 化, 同 时 究 矢 量 和 标 量 处 理 的 优 化, 设 计 并 实 现 基 于 软 基 带 思 想 的 多 模 终 端 基 带 处 理 芯 片 架 构, 并 通 过 原 型 验 证 平 台 和 工 程 样 片 制 对 课 题 究 行 验 证 和 测 试 2014 年 度, 本 课 题 在 前 续 专 项 课 题 发 的 基 础 上, 取 得 如 下 发 : 1. 课 题 组 一 步 优 化 了 自 矢 量 处 理 器 的 内 核 结 构 ( 图 1), 完 善 了 自 动 化 辅 助 设 计 工 具 链 : 矢 量 处 理 器 采 用 标 / 矢 量 紧 耦 合 的 多 流 水 线 结 构, 提 高 了 处 理 器 效 率 ; 在 灵 活 性 设 计 方 面, 采 用 多 层 次 化 设 计 的 指 令 集 架 构, 在 不 同 层 面 满 足 矢 量 处 理 器 的 高 效 性 和 灵 活 性, 以 满 足 LTE Advanced 所 需 的 强 大 计 算 能 力, 同 时 也 满 足 系 统 升 级 演 所 需 的 可 编 程 性 课 题 组 设 计 和 实 现 矢 量 处 理 器 核 及 其 多 核 架 构 的 处 理 能 力 满 足 LTE 图 1 大 规 模 并 行 处 理 的 矢 量 DSP 内 核 结 构 框 图 4

11 面 向 LTE-Advanced 的 终 端 软 基 带 技 术 Advanced 下 行 600Mbps 上 行 300Mbps 的 峰 值 数 据 处 理 求, 并 能 兼 顾 2G/3G/LTE 多 模 灵 活 性 的 求 2. 基 于 矢 量 处 理 器 内 核 架 构, 从 三 个 层 面 实 现 了 LTE-Advanced 算 法 参 考 模 型 的 发 和 核 心 算 法 的 矢 量 化 和 并 行 化 优 化 :1 任 务 级 : 多 核 的 并 行 和 流 水 处 理 ;2 指 令 级 : 核 内 不 同 数 据 通 路 间 的 并 行 指 令 处 理 ;3 数 据 级 : 数 据 通 路 内 相 同 运 算 的 矢 量 化 数 据 处 理, 使 基 带 芯 片 对 数 据 流 的 处 理 能 够 在 最 大 程 度 上 实 现 矢 量 化 和 并 行 化 3. 设 计 并 实 现 了 以 矢 量 处 理 器 为 核 心 的 基 带 芯 片 的 软 硬 件 架 构 设 计 ( 图 2) 课 题 在 对 基 带 处 理 算 法 行 深 入 分 析 的 基 础 上, 结 合 矢 量 处 理 器 内 核 的 特 点, 并 综 合 运 用 电 路 级 结 构 级 和 系 统 级 的 低 功 耗 技 术, 设 计 了 一 个 功 耗 可 伸 缩 的 终 端 基 带 处 理 芯 片 架 构 4. 完 了 支 持 大 规 模 基 带 芯 片 功 能 验 证 的 FPGA 原 型 验 证 平 台 的 设 计 : 课 题 组 针 对 LTE- Advanced 基 带 芯 片 设 计 规 模 大 验 证 复 杂 等 问 题 开 发 了 一 套 芯 片 功 能 验 证 平 台, 该 平 台 包 括 支 持 4000 万 逻 辑 门 功 能 验 证 的 FPGA 验 证 板 及 其 配 套 的 划 片 和 互 连 工 具 射 频 子 板 协 议 栈 处 理 板 各 种 芯 片 接 口 子 板 和 测 试 仪 表 接 口 子 板 等, 该 平 台 可 连 接 矢 量 信 号 发 生 器 和 分 析 仪, 可 对 基 带 芯 片 行 快 速 的 系 统 级 功 能 验 证 尽 管 本 课 题 指 标 求 高 设 计 难 度 大, 但 是 课 题 组 组 织 各 单 位 联 合 攻 关, 多 项 工 作 齐 头 并, 在 究 内 容 方 面 突 破 了 处 理 能 力 低 功 耗 算 法 软 件 优 化 等 技 术 难 题, 取 得 了 一 系 列 创 新 性, 软 基 带 芯 片 各 项 指 标 能 够 达 到 课 题 求 目 前,LTE-Advanced 软 基 带 芯 片 已 入 后 端 设 计 阶 段, 并 将 于 2015 年 5 月 行 MPW 流 片 图 2 LTE-A 基 带 芯 片 架 构 科 5

12 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 面 向 C-RAN 的 低 功 耗 通 用 处 理 器 平 台 发 面 向 C-RAN 的 低 功 耗 通 用 处 理 器 平 台 发 是 计 算 所 牵 头 承 担 的 新 一 代 宽 带 无 线 移 动 通 信 网 国 家 科 技 重 大 专 项 课 题 ( 课 题 号 : 2014ZX ), 起 止 时 间 为 2014 年 1 月 至 2015 年 12 月 本 课 题 目 标 为 面 向 新 型 集 中 式 RAN 架 构, 究 并 实 现 基 于 通 用 处 理 器 平 台 的 C-RAN 系 统 基 站 池 关 键 技 术, 包 括 : 软 基 带 DSP 的 物 理 层 硬 件 加 速 器 制, 基 于 集 中 式 基 站 池 的 实 时 虚 拟 化 技 术, 载 波 的 动 态 迁 移 及 扩 容, 突 破 目 前 在 通 用 处 理 器 平 台 上 实 现 C-RAN 基 站 池 面 临 的 功 耗 高 等 技 术 瓶 颈, 提 高 系 统 单 位 功 耗 载 波 处 理 能 力, 降 低 系 统 功 耗, 从 而 满 足 未 来 异 构 融 合 绿 色 智 能 蜂 窝 通 信 网 络 建 设 和 运 营 的 需 求 2014 年 度 的 工 作 如 下 : 1. 超 级 基 站 原 型 制 本 课 题 面 向 未 来 移 动 通 信 产 业 发 需 求 提 出 的 超 级 基 站 设 备, 如 图 1 所 示, 融 合 了 超 级 计 算 技 术 无 线 通 信 技 术, 属 于 移 动 通 信 网 络 架 构 创 新 在 超 级 基 站 原 型 机 制 方 面 取 得 了 实 质 突 破, 经 过 软 硬 件 开 发 及 联 合 测 试, 目 前 系 统 已 实 现 CS 通 话 PS 业 务 下 载 功 能, 且 话 音 质 量 清 晰, 业 务 下 载 流 畅, 初 步 通 过 了 功 能 性 验 证, 并 在 专 网 系 统 中 得 到 了 应 用 图 1 超 级 基 站 工 程 样 机 系 统 2. 超 级 基 站 实 训 平 台 本 年 度 课 题 组 对 超 级 基 站 实 训 平 台 行 了 需 求 功 能 及 软 硬 件 架 构 设 计 升 级 需 求 方 面, 确 定 了 实 训 平 台 扩 需 求 ; 功 能 方 面, 扩 了 多 模 通 信 共 平 台 模 式 ; 软 硬 件 架 构 方 面, 软 件 架 构 行 了 信 令 业 务 分 离 设 计, 硬 件 架 构 方 面 完 善 了 系 统 时 钟 方 案, 行 了 板 卡 升 级 提 升 性 能 及 稳 定 性 6

13 面 向 C-RAN 的 低 功 耗 通 用 处 理 器 平 台 发 3. 超 级 基 站 资 源 智 能 管 控 基 于 超 级 基 站 架 构, 课 题 组 针 对 潮 汐 效 应 带 来 的 负 载 差 异 性 和 负 载 动 态 变 化, 以 及 资 源 在 虚 拟 映 射 时 的 资 源 利 用 率 等 问 题, 行 了 如 下 究 : (1) 提 出 一 种 和 网 络 负 载 变 化 相 适 应 的 处 理 资 源 分 配 方 法, 究 了 负 载 差 异 性 条 件 下 的 集 中 式 最 优 资 源 映 射 机 制 ; (2) 提 出 了 多 协 议 处 理 实 体 在 同 一 个 处 理 器 上 执 行 时 的 协 议 组 织 和 运 行 机 制, 通 过 动 态 地 对 下 行 数 据 处 理 行 提 前, 在 不 降 低 处 理 资 源 利 用 率 的 前 提 下, 保 证 协 议 处 理 的 实 时 性 ; (3) 究 了 小 区 休 眠 技 术 在 超 级 基 站 中 的 实 现 方 法, 如 图 2 所 示, 超 级 基 站 可 以 通 过 集 中 式 管 控 单 元 (OMU) 对 高 虚 拟 化 程 度 的 处 理 资 源 和 RRH 行 动 态 映 射 和 开 关, 同 时, 对 比 传 统 分 布 式 蜂 窝 网 络 架 构 下 的 traffic-aware 休 眠 机 制, 提 出 了 centralized-best 休 眠 机 制, 不 仅 能 够 通 过 优 化 算 法 得 到 全 局 最 优 部 署 方 案, 更 通 过 对 业 务 的 预 测 和 休 眠 模 型 的 建 立, 降 低 了 休 眠 检 测 决 策 的 系 统 开 销, 减 少 了 频 繁 切 换 带 来 的 问 题, 提 高 了 整 体 系 统 的 稳 定 性 此 外, 基 于 超 级 基 站 领 域 的 究, 在 北 京 市 自 然 基 金 委 的 支 持 下, 实 验 室 办 了 通 信 计 算 机 科 学 技 术 融 合 2014 年 度 国 际 学 术 讨 会 李 国 杰 邬 贺 铨 怀 鹏 陈 俊 亮 李 幼 平 戴 浩 等 多 位 信 息 领 域 的 院 士 参 加 了 讨 会 会 专 家 认 为, 利 用 计 算 技 术 解 决 大 数 据 时 代 的 高 通 量 高 性 能 宽 带 信 息 通 信 传 输 是 一 种 必 然 的 趋 势, 应 加 快 推 通 信 科 学 计 算 机 科 学 融 合 的 理 论 基 础 究 及 实 验 平 台 建 设 图 2 超 级 基 站 休 眠 机 制 示 意 图 科 7

14 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 高 通 量 计 算 系 统 的 构 建 原 理 支 撑 技 术 及 云 服 务 应 用 高 通 量 计 算 系 统 的 构 建 原 理 支 撑 技 术 及 云 服 务 应 用 是 计 算 所 牵 头 的 国 家 973 计 划 项 目 ( 项 目 编 号 :2011CB302500), 起 止 时 间 为 2011 年 1 月 至 2015 年 8 月 2014 年 度, 在 高 通 量 计 算 系 统 的 微 结 构 设 计 系 统 结 构 设 计 可 靠 设 计 云 计 算 服 务 应 用 等 方 面 行 了 探 索 究, 取 得 了 一 系 列, 超 额 完 了 预 期 目 标 本 年 度 取 得 了 如 下 突 出 在 2014 年 度, 本 项 目 在 核 心 科 学 问 题 的 究 方 面 完 了 预 期 目 标 共 发 表 论 文 82 篇, 其 中,SCI 收 录 37 篇, 包 括 IEEE Trans. on VLSI Systems(TVLSI), IEEE Trans. on Architecture and Code Optimization(TACO), Communication of the ACM IEEE Micro IEEE Transaction on Computers,IEEE Transactions on Moblie Computing Elsevier Journal of Network and Computer Application, Elsevier Computer Networks, Wiley International Journal of Communication Systems, Oxford Computer Journal 等 国 际 期 刊 和 ISCA ASE HPCA DASFFA CGO PACT DAC DSN Hot Chips ITC VTS ICCAD DATE IISWC 等 国 际 会 议 申 请 并 受 理 发 明 专 利 67 项, 获 得 发 明 专 利 权 2 项 所 取 得 的 阶 段 性 究 对 本 项 目 明 年 的 究 奠 定 了 坚 实 基 础 各 课 题 的 统 计 如 表 所 示 产 生 的 学 术 影 响 : 2014 年 课 题 1 共 发 表 了 20 余 篇 国 际 期 刊 和 会 议 论 文, 包 括 TVLSI 等 领 域 内 著 名 的 SCI 期 刊, 也 包 含 在 领 域 顶 级 会 议 PACT DATE 上 的 论 文 PACT 会 议 是 计 算 机 体 系 结 构 领 域 的 顶 级 会 议, 具 有 很 大 影 响 力 课 题 组 骨 干 也 受 邀 在 PACT DATE 会 议 上 介 绍 了 其 在 众 核 处 理 器 微 结 构 方 面 的 究, 得 到 了 国 际 同 行 的 认 可 2014 年 课 题 2 的 BigDatBench 基 准 测 试 程 序 发 布 以 来, 已 有 超 过 8000 个 独 立 IP 访 问, 国 际 上 大 概 有 20 个 团 队 已 经 使 用 BigDataBench 公 开 发 表 论 文 包 括 : 剑 桥 大 学 的 Andy Hopper 团 队 等 国 际 知 名 学 生 团 体 BigDataBench 被 TPC 组 织 技 术 报 告 列 为 三 大 大 数 据 测 试 基 准 之 一, 另 两 个 为 BigBench(sigmod 13) 以 及 UCBerkeley 的 测 试 基 准 ;BigDataBench 被 同 时 被 欧 盟 组 织 SPEC 组 织 等 在 大 数 据 相 关 报 8

15 高 通 量 计 算 系 统 的 构 建 原 理 支 撑 技 术 及 云 服 务 应 用 告 中 引 用 ; 在 国 内 正 联 合 工 信 部 电 信 院 标 准 化 所 制 定 大 数 据 测 试 标 准, 已 经 完 技 术 需 求 和 测 试 规 范 初 稿, 并 提 交 标 准 申 请 并 被 国 际 顶 级 会 议 MICRO 2014 作 受 邀 Tutorial 消 息 式 内 存 专 利 群 经 转 让 给 华 为 公 司, 被 评 为 华 为 高 价 值 专 利, 获 得 2013 年 华 为 公 司 总 裁 奖 一 体 化 存 储 相 关 究 工 作 在 第 20 届 全 国 信 息 存 储 技 术 学 术 会 议 上 行 一 体 化 存 储 工 作 大 会 报 告, 引 起 国 内 各 存 储 究 团 队 的 广 泛 兴 趣 和 积 极 反 馈 2014 年 课 题 3 共 发 表 了 11 篇 国 际 期 刊 和 会 议 论 文, 包 含 在 领 域 顶 级 会 议 DAC ICCAD 上 论 文, 产 生 了 重 学 术 影 响 李 晓 维 究 员 和 韩 银 和 究 员 分 别 受 邀 加 入 了 国 际 测 试 会 议 和 国 际 并 行 体 系 结 构 和 编 译 技 术 会 议 程 序 委 员 会, 在 国 际 本 领 域 学 术 组 织 中 发 挥 了 重 作 用 李 华 伟 究 员 和 韩 银 和 究 员 分 别 担 任 了 2014 年 度 亚 洲 测 试 会 议 的 大 会 席 和 程 序 委 员 会 席, 亚 洲 测 试 会 议 是 测 试 领 域 国 际 三 大 会 议 之 一, 是 亚 洲 集 电 路 测 试 领 域 最 高 学 术 会 议 2014 年 课 题 5 本 年 度 的 学 术 如 下 :1) 提 出 了 适 用 于 分 布 式 文 件 系 统 的 HRsync 算 法 在 分 析 了 现 有 的 单 机 文 件 差 异 同 步 算 法 后, 修 改 了 Rsync 算 法 中 的 文 件 分 块 方 式 和 文 件 差 异 比 对 方 式, 提 高 算 法 并 行 度, 减 少 了 文 件 同 步 所 需 的 时 间 同 时, 避 免 了 当 文 件 相 似 内 容 很 少 时, Rsync 算 法 在 源 文 件 系 统 和 目 标 中 源 文 件 系 统 和 目 标 中 计 算 时 间 不 均 等 的 问 题 ;2) 利 用 KV 技 术 降 低 了 chunkserver 上 不 必 的 元 数 据 开 销 和 数 据 读 写 过 程 中 的 系 统 调 用 开 销, 并 在 文 件 系 统 页 缓 存 上 提 供 了 针 对 整 个 文 件 的 缓 存 以 加 速 读 取 过 程 同 时, 我 们 采 用 了 LSM 技 术 在 保 证 数 据 读 效 率 的 同 时 解 决 了 随 机 写 问 题 ;3) 在 Paxos 算 法 的 基 础 上 加 入 了 使 用 纠 删 码 的 形 式 对 需 存 入 的 数 据 行 编 码, 在 多 个 节 点 中 存 储 的 是 行 编 码 之 后 的 数 据, 而 不 是 存 储 多 个 副 本 的 原 始 数 据 ; 4) 提 出 了 一 种 新 的 并 发 控 制 协 议 Rococo, Rococo 通 过 记 录 并 发 事 务 之 间 的 依 赖 关 系, 能 够 在 事 务 真 正 执 行 前 行 重 排, 从 而 以 一 个 可 序 973 项 目 2014 年 度 统 计 表 课 题 编 号 课 题 名 称 国 际 国 内 已 发 表 论 文 其 中 SCI 收 录 其 中 EI 收 录 发 明 专 利 2011CB 面 向 高 通 量 计 算 的 可 扩 高 效 能 并 行 微 结 构 CB 面 向 EB 级 数 据 并 发 处 理 的 新 型 系 统 结 构 设 计 及 评 价 方 法 CB 大 规 模 高 通 量 计 算 系 统 的 可 靠 性 设 计 CB 面 向 亿 级 并 发 负 载 的 编 程 模 型 支 撑 环 境 CB 高 通 量 计 算 系 统 的 云 计 算 服 务 环 境 CB 高 效 可 扩 移 动 服 务 关 键 技 术 及 应 用 合 计 申 请 授 权 出 版 专 著 科 9

16 科 2014 科 年 报 列 化 的 方 式 执 行 延 迟 的 事 务 片 段 2014 年 课 题 6 的 三 个 相 关 究 产 生 以 下 影 响 :1) 第 一 个 究 发 表 在 国 际 知 名 期 刊 Wiley International Journal of Communication Systems 2013 上 和 已 有 算 法 相 比, 该 显 著 提 高 了 虚 拟 网 络 映 射 请 求 接 受 率 和 底 层 网 络 长 期 平 均 收 益 代 价 比, 从 而 最 终 达 到 提 高 底 层 网 络 运 营 商 长 期 平 均 运 营 收 益 的 目 的 2) 第 二 个 究 发 表 在 国 际 会 议 In Proceedings of the 12th IEEE/ ACM International Symposium on Cluster, Cloud and Grid Computing (CCGrid) Workshop on Cloud for Business Industry and Enterprises2012 和 国 际 知 名 期 刊 Oxford Computer Journal( 在 线 发 表 ) 上 和 已 有 算 法 相 比, 该 在 保 证 并 行 任 务 的 执 行 效 率 的 同 时 降 低 任 务 执 行 的 能 耗 开 销 3) 第 三 个 究, 在 国 际 重 学 术 期 刊 Elsevier Computer Networks 在 线 发 表 和 已 有 算 法 相 比, 该 费 用 节 省 率 和 用 户 请 求 满 意 度 等 指 标 上 取 得 了 更 好 的 结 审 稿 人 对 此 评 价 为 文 章 对 CN 期 刊 做 出 了 有 意 义 和 有 用 的 贡 献 ( The revised paper makes an interesting and useful contribution to Computer Networks. ) 4) 第 四 个 究 发 表 在 国 际 知 名 期 刊 IEEE Transactions on Mobile Computing 2014 上 已 有 并 发 多 路 径 传 输 协 议 并 未 对 移 动 视 频 分 发 提 出 有 效 的 并 发 多 路 径 数 据 传 输, 该 提 出 一 种 视 频 失 真 感 知 的 并 发 多 路 径 传 输 协 议, 保 障 异 构 无 线 网 环 境 的 高 质 量 移 动 视 频 分 发 5) 第 五 个 究 发 表 在 国 际 知 名 期 刊 Elsevier Journal of Network and computer Applications 2014 上 和 已 有 算 法 相 比, 该 能 够 保 证 高 清 视 频 在 传 输 过 程 中 有 较 低 延 迟 创 新 人 才 创 新 文 化 创 新 环 境 10

17 面 向 服 务 的 未 来 互 联 网 体 系 结 构 机 制 究 重 点 / 重 大 科 任 务 面 向 服 务 的 未 来 互 联 网 体 系 结 构 机 制 究 面 向 服 务 的 未 来 互 联 网 体 系 结 构 机 制 究 是 计 算 所 牵 头 的 国 家 973 计 划 项 目 ( 项 目 编 号 : 2012CB315800), 起 止 时 间 为 2012 年 1 月 至 2016 年 8 月 本 项 目 针 对 互 联 网 面 临 的 可 扩 性 动 态 性 安 全 可 控 性 等 问 题, 围 绕 着 传 输 服 务 的 动 态 复 杂 耦 合 海 量 差 异 化 服 务 的 透 明 映 射 以 及 可 扩 服 务 路 由 高 效 传 输 等 三 个 关 键 科 学 问 题, 究 未 来 互 联 网 体 系 结 构, 在 网 络 设 计 运 行 机 理 层 面 取 得 重 大 突 破, 形 一 系 列 核 心 理 论 和 机 理 方 法 2014 年 度 的 工 作 集 中 在 体 系 结 构 模 型 关 键 技 术 发 究 平 台 建 设 等 三 个 方 面 在 体 系 结 构 模 型 方 面, 围 绕 未 来 互 联 网 体 系 结 构 模 型 SOFIA 开 工 作, 实 现 了 SOFIA 原 型 系 统 和 相 关 演 示 应 用 在 关 键 技 术 发 方 面, 针 对 虚 拟 机 迁 移 机 制 拥 塞 和 传 输 控 制 数 据 中 心 网 络 的 路 由 机 制 软 件 定 义 网 络 的 实 现 等 重 问 题 开 究 并 取 得 多 项 重 在 究 平 台 建 设 方 面, 针 对 未 来 互 联 网 的 性 能 评 估 和 验 证 需 求, 基 本 建 设 完 了 未 来 互 联 网 究 平 台, 可 为 未 来 网 络 关 键 技 术 的 究 关 键 原 型 系 统 的 测 试 评 估 创 新 业 务 应 用 提 供 良 好 的 示 范 平 台 本 年 度, 相 关 发 表 国 际 学 术 论 文 129 篇 国 内 学 术 论 文 20 篇 ( 其 中 SCI 收 录 73 篇 EI 收 录 69 篇 ), 出 版 专 著 2 部 ; 在 国 内 外 重 学 术 会 议 做 特 邀 报 告 15 次 ; 申 请 国 家 发 明 专 利 37 项, 获 专 利 授 权 6 项 在 本 项 目 资 助 下, 培 养 博 士 究 生 20 名 硕 士 究 生 89 名 11 科

18 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 网 络 大 数 据 计 算 的 基 础 理 论 及 其 应 用 究 网 络 大 数 据 计 算 的 基 础 理 论 及 其 应 用 究 是 由 计 算 所 牵 头 的 国 家 973 计 划 项 目 ( 项 目 编 号 :2014CB340400), 起 止 时 间 为 2014 年 1 月 至 2018 年 8 月 本 项 目 从 网 络 大 数 据 计 算 的 面 临 的 数 据 复 杂 性 计 算 复 杂 性 以 及 系 统 复 杂 性 三 个 挑 战 性 问 题 出 发, 提 出 网 络 大 数 据 复 杂 性 的 内 在 机 理 网 络 大 数 据 可 计 算 性 及 新 型 计 算 范 式 网 络 大 数 据 处 理 系 统 的 效 能 评 价 优 化 三 个 关 键 科 学 问 题, 并 设 置 了 6 个 课 题 : 课 题 一 ( 网 络 大 数 据 复 杂 性 解 析 及 计 算 模 型 ) 和 课 题 二 ( 全 周 期 感 知 的 网 络 大 数 据 计 算 系 统 架 构 体 系 ) 行 理 论 基 础 究, 课 题 三 ( 网 络 大 数 据 感 知 融 合 表 示 ) 课 题 四 ( 网 络 大 数 据 内 容 建 模 语 义 理 解 ) 和 课 题 五 ( 网 络 大 数 据 模 式 发 现 效 应 分 析 ) 行 技 术 基 础 究, 而 课 题 六 ( 网 络 大 数 据 处 理 软 硬 一 体 化 引 擎 系 统 及 示 范 应 用 ) 是 整 个 项 目 的 出 口, 属 于 系 统 究 和 技 术 应 用 示 范 2014 年 度 课 题 完 的 具 体 包 括 : 1. 在 网 络 大 数 据 分 布 规 律 发 现 网 络 大 数 据 复 杂 特 征 度 量 大 数 据 约 简 的 基 础 理 论 方 法 以 及 网 络 大 数 据 的 计 算 模 型 理 论 这 四 项 究 中 都 有 所 收 获 在 网 络 大 数 据 分 布 规 律 发 现 方 面, 重 点 究 了 社 交 网 络 合 作 网 络 中 的 大 数 据 存 在 什 么 样 的 内 在 规 律, 发 现 了 其 中 的 时 序 规 律 以 及 群 体 分 配 机 制 ; 在 网 络 大 数 据 复 杂 特 征 度 量 方 面, 究 了 如 何 对 数 据 的 内 在 复 杂 特 征 有 效 地 抽 取 和 度 量, 提 出 了 复 杂 特 征 抽 取 特 征 选 择 和 数 据 相 似 度 度 量 方 法 ; 在 大 数 据 约 简 的 基 础 理 论 方 法 方 面, 究 了 如 何 构 建 不 同 类 型 大 数 据 的 约 简 表 达, 并 对 大 规 模 文 本 数 据 复 杂 网 络 数 据 行 了 约 简 建 模 ; 在 网 络 大 数 据 的 计 算 模 型 理 论 方 面, 究 了 面 向 机 器 学 习 任 务 的 近 似 计 算 和 优 化 算 法, 提 出 了 面 向 排 序 学 习 推 荐 系 统 以 及 在 线 学 习 的 近 似 优 化 算 法 该 方 向 在 国 际 国 内 期 刊 会 议 上 共 发 表 论 文 37 篇, 其 中 SCI 收 录 论 文 7 篇,EI 收 录 论 文 21 篇, 在 国 际 著 名 期 刊 如 TKDE PNAS 等 上 发 表 论 文 5 篇, 顶 级 国 际 会 议 论 文 8 篇 2. 在 网 络 大 数 据 计 算 系 统 架 构 体 系 评 价 方 法 究 中, 究 应 用 负 载 的 特 征 表 达 及 状 态 约 简 方 法, 解 决 基 准 测 试 程 序 的 自 动 标 识 的 问 题 ; 究 体 现 大 数 据 应 用 共 性 访 问 特 征 的 富 语 义 编 程 模 型, 降 低 应 用 编 程 难 度 并 方 便 针 对 多 个 应 用 行 统 一 优 化 设 计 ; 究 基 于 流 水 线 的 多 源 异 构 大 数 据 计 算 框 架, 用 户 只 需 行 基 于 有 向 无 环 图 的 应 用 编 程, 而 无 需 掌 握 分 布 式 集 群 计 算 的 细 节 ; 究 大 数 据 应 用 的 数 据 访 问 特 征, 透 过 数 据 12

19 网 络 大 数 据 计 算 的 基 础 理 论 及 其 应 用 究 访 问 的 弱 局 部 性 挖 掘 数 据 访 问 的 关 联 规 则 该 方 向 共 发 表 论 文 11 篇, 其 中 IEEE Transactions 论 文 3 篇, 顶 级 国 际 会 议 论 文 3 篇 3. 在 多 源 异 构 网 络 大 数 据 感 知 融 合 表 示 究 中, 提 出 多 源 异 构 网 络 大 数 据 信 息 感 知 的 理 论 和 基 本 框 架 在 本 领 域 顶 级 学 术 会 议 发 表 论 文 2 篇, SCI/SSCI 检 索 论 文 4 篇 4. 在 网 络 大 数 据 内 容 建 模 语 义 理 解 究 方 面, 提 出 基 于 学 习 自 动 机 的 特 征 结 构 模 型 描 述 方 法 ; 提 出 改 线 性 判 别 分 析 的 大 数 据 表 示 方 法 ; 构 建 了 一 种 多 粒 度 语 义 化 的 知 识 组 织 模 式, 在 服 务 搜 索 的 时 间 和 召 回 率 方 面 具 有 明 显 优 势 ; 设 计 了 一 种 目 标 驱 动 内 容 标 签 组 织 的 知 识 库 构 建 方 法, 可 有 效 提 高 服 务 发 现 和 服 务 推 荐 的 质 量 ; 提 出 了 一 种 两 阶 段 的 题 聚 类 方 法, 在 语 义 分 类 的 基 础 上 基 于 概 率 发 现 潜 在 的 题, 提 高 查 询 性 能 ; 该 方 向 新 发 表 或 接 收 论 文 26 篇, 其 中 在 IEEE Trans 论 文 2 篇 和 SCI 期 刊 检 索 论 文 12 篇, 国 际 会 议 论 文 呢 8 篇, 国 内 核 心 期 刊 4 篇, 获 得 中 国 发 明 专 利 授 权 1 项, 获 得 CCF 科 技 步 一 等 奖 一 项 并 编 制 国 家 标 准 一 项 5. 在 网 络 大 数 据 模 式 发 现 效 应 分 析 方 面, 在 网 络 大 数 据 关 联 关 系 分 析 和 挖 掘 网 络 大 数 据 演 化 大 数 据 的 映 射 和 约 简 机 制 这 三 项 究 中 都 有 所 收 获 在 网 络 大 数 据 关 联 关 系 分 析 和 挖 掘 方 面, 提 出 了 一 种 基 于 属 性 和 结 构 信 息 的 关 系 推 断 方 法, 以 及 融 合 多 种 信 息 的 隐 性 关 联 发 现 算 法 ; 在 网 络 大 数 据 演 化 方 面, 提 出 了 大 规 模 网 络 中 重 叠 社 群 的 高 效 发 现 算 法, 能 对 网 络 结 构 的 演 化 特 点 行 追 踪, 并 发 现 演 化 中 的 关 键 节 点 ; 而 针 对 大 数 据 的 映 射 和 约 简 机 制, 建 立 了 一 个 面 向 应 用 对 知 识 图 谱 描 述 能 力 加 强 的 框 架, 能 够 提 高 数 据 映 射 的 覆 盖 率 和 准 确 度 该 方 向 共 发 表 论 文 19 篇, 其 中 IEEE Tracsactions 论 文 1 篇, 其 他 国 际 著 名 期 刊 论 文 3 篇, 顶 级 国 际 会 议 论 文 8 篇 6. 针 对 软 硬 一 体 化 的 网 络 大 数 据 处 理 系 统 究 所 涉 及 的 多 层 次 究 内 容, 多 个 究 小 组 对 本 课 题 的 关 键 技 术 行 攻 关, 本 阶 段 重 点 大 数 据 存 储 和 处 理 引 擎 最 小 系 统 的 部 署 和 测 试 以 及 大 数 据 计 算 分 析 算 法 究 工 作, 完 了 大 数 据 处 理 系 统 硬 件 选 项 和 最 小 一 体 机 系 统 的 制, 已 部 署 多 套 系 统, 可 稳 定 运 行 针 对 示 范 应 用 需 求, 课 题 组 从 资 源 平 台 建 设 违 法 犯 罪 信 息 标 注 违 法 网 站 行 为 分 类 到 违 法 网 站 行 为 结 的 可 视 化 4 个 方 面, 开 了 相 应 的 工 作, 按 课 题 计 划 搭 建 了 总 存 储 容 量 100TB 的 试 验 环 境, 可 支 持 其 它 课 题 开 开 网 络 信 息 空 间 内 大 数 据 挖 掘 理 论 基 础 技 术 究 及 验 证 工 作 初 步 建 立 了 论 坛 (Discuz! phpwind) 行 为 特 征 库 传 销 类 及 赌 博 类 网 站 行 为 特 征 库, 为 下 步 算 法 验 证 打 下 了 基 础 系 统 关 键 技 术 申 请 国 家 发 明 专 利 1 项, 软 著 2 项 项 目 的 学 术 交 流 International Workshop on Data Science and Big Data Analytics 在 深 圳 召 开, 邀 请 怀 鹏 院 士 项 目 首 席 科 学 家 华 云 生 教 授 及 国 际 知 名 学 者 熊 辉 杨 强 等 人 做 了 精 彩 的 学 术 报 告, 收 到 会 议 论 文 6 篇 项 目 年 终 总 结 会 在 香 港 中 文 大 学 深 圳 究 院 召 开, 科 技 部 专 家 戴 国 忠 究 员 彭 群 生 教 授 唐 常 杰 教 授 听 取 了 项 目 汇 报 并 提 出 了 下 一 年 的 建 议 项 目 年 终 总 结 会 13 科

20 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 可 重 构 大 内 存 加 速 卡 可 重 构 大 内 存 加 速 卡 依 托 于 973 课 题 面 向 深 度 测 序 大 数 据 量 的 计 算 模 型 和 体 系 结 构 究, 针 对 生 物 大 数 据 及 各 种 具 有 大 数 据 特 征 的 计 算 需 求 而 开 发 课 题 组 利 用 可 重 构 技 术 突 破 通 用 处 理 器 指 令 集 和 系 统 结 构 的 限 制, 以 更 加 直 接 的 运 算 方 式 实 现 对 算 法 的 有 效 加 速 : 大 数 据 应 用 需 消 耗 大 量 内 存 资 源, 加 速 卡 最 大 板 载 96GB ECC DDR3 内 存, 为 大 数 据 应 用 的 内 存 开 销 提 供 可 靠 保 证 ; 加 速 卡 板 载 6 组 万 兆 网 模 块, 实 现 对 远 程 大 数 据 的 采 集 处 理 ; 加 速 卡 支 持 OpenCL 编 程 模 型, 体 现 良 好 的 编 程 通 用 性 和 可 移 植 性 ; 由 算 法 到 硬 件 逻 辑 的 自 动 生 技 术 能 够 大 幅 提 升 设 备 的 易 用 性 和 开 发 效 率, 并 为 算 法 提 供 后 期 功 能 升 级 的 即 时 性 保 障 由 于 算 法 规 模 的 多 样 性, 本 加 速 卡 支 持 一 机 多 卡 的 扩 能 力, 满 足 不 同 规 模 算 法 的 加 速 需 求 基 于 OpenCL 的 异 构 可 重 构 加 速 体 系 结 构 由 Host 端 和 Kernel 端 两 条 关 键 工 具 链 支 撑 Kernel 端 使 用 OpenCL SDK 将 算 法 的 热 点 部 分 自 动 映 射 为 FPGA 片 内 核 心 逻 辑, 并 FPGA 片 图 1 可 重 构 大 内 存 加 速 卡 14

21 可 重 构 大 内 存 加 速 卡 内 预 先 定 制 的 控 制 逻 辑 外 部 接 口 逻 辑 及 内 部 互 联 逻 辑 连 接 适 配 加 速 芯 片 内 的 核 心 加 速 模 块 以 高 并 发 深 流 水 的 定 制 计 算 资 源 堆 组 片 内 有 两 组 互 联 网 络, 一 组 用 于 核 心 逻 辑 PCIE 和 DDR3 存 储 控 制 器 之 间 通 信, 构 全 局 内 存 互 联 网 络 ; 另 一 组 用 于 核 心 逻 辑 高 带 宽 低 延 迟 的 片 内 本 地 内 存 阵 列 之 间 通 信, 构 本 地 内 存 互 联 片 内 本 地 内 存 采 用 8 BANK 高 并 发 阵 列, 用 于 kernel 内 局 部 数 据 的 快 速 存 取 OpenCL API 调 用 设 备 Driver 操 作 PCIE 接 口, 以 调 度 和 使 用 可 重 构 加 速 卡 设 备 Kernel 端 工 具 链 利 用 LLVM 编 译 框 架, 在 IR 加 入 RTL 生 器, 分 析 IR 的 控 制 流 和 数 据 流, 映 射 高 并 发 深 流 水 的 硬 件 逻 辑 表 达, 以 实 现 Verilog 代 码 的 自 动 生 图 2 基 于 OpenCL 的 异 构 可 重 构 加 速 体 系 结 构 图 3 异 构 可 重 构 大 内 存 加 速 卡 片 内 结 构 科 15

22 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 新 型 多 核 / 众 核 处 理 器 编 程 运 行 支 撑 环 境 新 型 多 核 / 众 核 处 理 器 编 程 运 行 支 撑 环 境 项 目 是 国 家 十 二 五 863 计 划 信 息 技 术 领 域 题 项 目 ( 项 目 编 号 2012AA010900), 下 设 5 个 课 题 : 面 向 多 核 / 众 核 处 理 器 的 并 行 程 序 调 试 技 术 工 具 ( 课 题 号 2012AA010901) 面 向 多 核 / 众 核 处 理 器 的 并 行 程 序 编 程 技 术 框 架 和 语 言 支 持 面 向 国 产 处 理 器 的 并 行 程 序 综 合 优 化 技 术 系 统 面 向 领 域 的 并 行 应 用 综 合 优 化 技 术 系 统 以 及 面 向 多 核 / 众 核 系 统 的 运 行 时 支 持 技 术 系 统 本 项 目 起 止 时 间 为 2012 年 1 月 至 2015 年 12 月, 于 2014 年 11 月 初 通 过 中 期 检 查 本 项 目 2014 年 的 究 工 作 改 多 核 / 众 核 处 理 器 编 程 运 行 时 以 及 调 试 技 术 的 总 体 设 计, 行 关 键 技 术 的 验 证, 并 初 步 探 讨 了 针 对 国 产 处 理 器 以 及 典 型 应 用 领 域 的 综 合 优 化 技 术 计 算 所 是 该 项 目 的 项 目 首 席 专 家 单 位, 支 持 课 题 2 的 究 工 作 以 及 参 了 课 题 1 的 究 工 作 计 算 所 相 关 团 队 在 2014 的 如 下 : 1. 面 向 多 核 芯 片 的 并 行 化 编 程 技 术 究 在 安 全 的 并 行 化 编 程 模 型 POMP 方 面, 一 步 完 善 了 并 行 优 化 框 架, 设 计 并 实 现 了 上 下 文 敏 感 流 敏 感 的 指 针 分 析, 循 环 分 块 等 优 化 变 换, 提 供 动 态 的 并 行 性 分 析, 并 开 了 X86 和 ARM 处 理 器 的 SIMD GPGPU 等 多 种 平 台 的 自 适 应 优 化 部 分 已 交 付 华 为 公 司, 并 促 华 为 的 新 合 作 多 核 编 程 框 架 究 项 目 2. 面 向 领 域 应 用 的 并 行 编 程 框 架 和 多 核 优 化 究 完 AceMesh 模 式 语 言 的 编 译 器 原 型 开 发 在 多 核 的 并 行 优 化 方 面, 实 现 基 于 亲 和 性 以 数 据 重 用 为 中 心 的 任 务 调 度 系 统, 调 度 策 略 可 利 用 上 层 领 域 信 息 并 对 MPI 通 信 敏 感 对 Chombo 示 例 程 序 集 的 测 试 表 明,AceMesh 编 程 系 统 可 以 把 适 应 性 网 格 的 遗 产 应 用 自 动 转 化 为 乱 序 任 务 图 并 行 的 程 序, 比 MPI+OMP 混 合 并 行 的 加 速 平 均 可 达 1.8 倍 3. 异 构 平 台 的 编 译 支 持 针 对 众 核 处 理 器 和 异 构 平 台 结 构 各 异 优 化 差 别 大 的 问 题, 我 们 设 计 了 OpenCL 的 通 用 编 译 优 化 框 架 和 层 次 化 的 编 译 支 持 系 统, 以 灵 活 适 配 多 种 平 台 我 们 在 Tilera/Intel MIC/CPU 等 典 型 多 核 / 众 核 平 台 上 实 现 了 OpenCL 原 型 支 持 系 统, 验 证 该 框 架 的 有 16

23 新 型 多 核 / 众 核 处 理 器 编 程 运 行 支 撑 环 境 效 性 本 工 作 获 得 了 华 为 公 司 的 高 度 认 可, 并 将 于 2015 年 移 植 到 其 他 国 产 异 构 加 速 平 台 4. 新 型 编 译 框 架 的 究 在 可 扩 多 核 编 译 框 架 中, 我 们 提 出 语 义 模 式 构 建 接 口 来 持 续 地 将 专 家 经 验 集 在 通 用 编 译 器 中 2014 年 度, 我 们 从 循 环 结 构 数 组 访 问 模 式 标 量 访 问 模 式 依 赖 关 系 几 个 维 度 来 定 义 矩 阵 计 算 的 语 义 模 式 基 于 脚 本 语 言 POET 实 现 了 对 上 述 语 义 模 式 的 自 动 识 别, 并 添 加 必 的 标 记 信 息, 支 持 后 续 优 化 对 BLAS 库 的 测 试 表 明, 本 方 法 用 GCC 优 化 后 在 性 能 上 接 近 专 家 手 工 调 优 库 MKL 和 ATLAS, 对 于 某 些 核 心 性 能 优 于 这 两 个 库 5. 并 发 错 误 的 快 速 自 动 定 位 方 法 : 现 有 自 动 定 位 方 法 存 在 精 度 不 高 开 销 大 的 问 题 我 们 针 对 触 发 并 发 错 误 的 共 享 内 存 访 问 对 的 不 同 场 景, 设 计 不 同 的 测 试 过 程, 行 错 误 定 位 当 程 序 执 行 中 触 发 并 发 错 误 时, 使 用 相 应 的 测 试 过 程 来 分 析 在 功 执 行 和 失 败 执 行 中 收 集 到 的 共 享 内 存 访 问 对, 直 接 找 到 导 致 并 发 错 误 的 共 享 内 存 访 问 试 验 表 明, 本 方 法 的 开 销 小 且 不 需 大 量 的 功 执 行 就 能 实 现 精 确 定 位 上 述 的 相 关 发 表 在 著 名 国 际 学 术 刊 物 IEEE TPDS 以 及 MICRO CGO ASE DATE CF 等 著 名 国 际 学 术 会 议 上 在 本 项 目 的 其 它 包 括 : 改 基 于 数 组 类 型 的 统 一 编 程 模 型 PARRAY, 并 移 植 到 异 构 的 国 产 申 威 处 理 器 针 对 申 威 处 理 器 的 统 一 架 构 并 行 语 言 (UFPL) 在 关 键 技 术 究 上 已 经 取 得 预 期 科 为 国 分 忧 创 新 民 造 福 17 科

24 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 3D 内 容 视 觉 获 取 技 术 及 设 备 3D 内 容 视 觉 获 取 技 术 及 设 备 是 国 家 863 计 划 课 题 ( 课 题 编 号 为 :2012AA011501), 起 止 时 间 为 2012 年 1 月 至 2014 年 12 月 课 题 的 目 标 是 发 新 型 3D 内 容 视 觉 获 取 设 备 和 相 应 的 处 理 技 术 系 统, 方 便 高 效 地 生 保 持 细 节 信 息 的 3D 内 容, 带 动 相 关 产 业 的 发 课 题 本 年 度 申 请 国 家 标 准 3D 获 取 设 备 数 据 交 换 技 术 规 范 1 项, 提 交 技 术 发 明 专 利 申 请 1 项 课 题 有 : 1. 基 于 多 透 镜 阵 列 数 据 的 三 维 几 何 重 建 究 基 于 多 透 镜 阵 列 的 三 维 重 建 方 法 根 据 多 透 镜 阵 列 的 光 学 特 性, 通 过 边 缘 检 测 边 缘 深 度 计 算 和 深 度 扩 散, 分 析 从 多 透 镜 阵 列 获 取 的 光 场 图 像, 计 算 恢 复 出 场 景 的 三 维 信 息 ( 图 1) 2. 基 于 红 外 散 斑 数 据 的 三 维 几 何 重 建 究 基 于 红 外 散 斑 的 三 维 重 建 方 法 首 先 将 红 外 散 斑 信 息 转 化 为 深 度 信 息, 然 后 将 目 标 物 体 深 度 图 像 序 列 的 表 面 重 建 问 题 转 化 为 3D 点 云 和 表 面 的 映 射 和 匹 配 问 题, 最 后 利 用 随 机 采 样 一 致 性 和 迭 代 最 近 点 方 法 确 定 连 续 3D 点 云 的 对 应 关 图 1 (a) 光 场 图 像 序 列,(b) 对 积 图 像,(c) 对 积 图 像 上 的 深 度 图,(d) 深 度 图 像 序 列 18

25 3D 内 容 视 觉 获 取 技 术 及 设 备 系 ( 图 2) 物 体 表 面 顶 点 重 建 位 置 的 平 均 相 对 误 差 为 5% 3. 三 维 动 态 火 焰 重 建 究 基 于 物 理 的 启 发 式 火 焰 重 建 方 法 提 出 了 一 种 基 于 能 量 约 束 的 火 焰 三 维 重 建 模 型, 结 合 热 力 学 逆 辐 射 过 程, 重 建 火 焰 的 三 维 温 度 场 数 据 首 先, 利 用 CCD 相 机 同 步 采 集 火 焰 数 据, 实 现 不 同 角 度 的 火 焰 数 据 获 取 然 后, 基 于 拍 摄 的 火 焰 图 像, 通 过 定 义 能 量 优 化 模 型 和 基 于 光 线 投 射 的 自 适 应 温 度 调 整 算 法, 迭 代 求 解, 实 现 火 焰 温 度 场 的 重 建, 并 将 其 应 用 于 虚 拟 场 景 中 ( 图 4) 火 焰 场 在 R G B 三 个 通 道 上 的 平 均 重 建 误 差 为 13.1 图 2 转 椅 的 三 维 重 建 结 图 3 三 维 火 焰 场 的 重 建 结 19 科

26 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 可 编 程 虚 拟 化 路 由 器 关 键 技 术 究 及 系 统 制 可 编 程 虚 拟 路 由 器 相 关 究 得 到 国 家 863 计 划 项 目 ( 项 目 编 号 :2013AA013501) 和 中 科 院 先 导 专 项 ( 项 目 编 号 :XDA ) 的 支 持, 旨 在 究 SDN/NFV 关 键 技 术 及 路 由 器 系 统 的 实 现 本 年 度 课 题 组 重 点 究 了 数 据 包 处 理 关 键 技 术, 并 在 路 由 查 找 算 法 和 多 域 数 据 包 分 类 算 法 方 面 取 得 了 究 : 路 由 查 找 作 为 一 个 熟 的 领 域, 有 大 量 的 软 件 算 法 和 硬 件 算 法, 但 迄 今 没 有 一 种 算 法 可 以 达 到 理 想 目 标 :O(1) 的 查 找 时 间 和 O(1) 的 片 内 内 存 课 题 组 提 出 一 种 基 于 二 维 划 分 思 想 的 路 由 表 查 找 框 架 SAIL, 基 本 原 理 如 图 1 所 示 思 想 是 将 路 由 表 的 前 缀 长 度 信 息 和 端 口 信 息 分 开 将 路 由 表 前 缀 从 24 层 分 开, 两 维 划 分 之 后 只 将 前 缀 长 度 小 于 等 于 24 的 前 缀 长 度 信 息 存 放 于 片 内 内 存, 其 他 部 分 存 放 于 片 外 内 存 这 样 划 分 之 后, 片 内 的 前 缀 长 度 信 息 的 理 论 最 大 值 只 有 4MB, 完 全 可 以 存 放 在 现 有 的 各 种 平 台 的 片 内 内 存 之 中 从 而, 在 该 框 架 下 实 现 的 算 法 都 可 以 实 现 O(1) 的 查 找 时 间 和 O(1) 的 片 内 内 存 在 此 基 础 上, 课 题 组 提 出 了 面 向 不 同 需 求 的 三 种 基 于 SAIL 框 架 的 查 找 算 法 : 基 本 算 法 面 向 更 新 算 法 和 面 向 查 找 算 法 这 些 算 法 实 现 了 路 由 表 查 找 速 度 片 内 内 存 大 小 路 由 表 大 小 特 性 无 关, 虚 拟 路 由 表 个 数 无 关 其 中 面 向 查 找 的 算 法 的 速 度 是 经 典 算 法 及 已 广 泛 部 署 算 法 的 7-50 倍, 并 且 支 持 各 种 平 台, 包 括 CPU GPU FPGA 以 及 Many-core 平 台 该 部 分 究 发 表 在 计 算 机 网 络 及 通 信 领 域 最 高 会 议 ACM SIGCOMM 2014 上 之 前 中 国 单 位 在 该 会 议 上 鲜 有 论 文 发 表 数 据 包 分 类 是 按 照 一 定 的 规 则 集 和 数 据 包 头 部 的 域 信 息, 找 出 数 据 包 匹 配 的 规 则 条 目 的 过 程 数 据 包 分 类 方 法 可 以 分 为 基 于 RAM 的 方 法 和 基 于 TCAM 的 方 法 两 大 类 基 于 RAM 的 方 法 通 过 设 计 高 效 的 决 策 树 算 法 行 快 速 匹 配, 相 比 基 于 TCAM 的 方 法, 具 有 功 耗 本 优 势, 但 是 存 在 查 找 性 能 不 确 定 的 问 题 课 题 组 针 对 不 同 决 策 树 算 法 在 不 同 规 则 集 上 所 产 生 性 能 波 动 的 现 象 开 究, 发 现 了 规 则 集 的 覆 盖 均 匀 性 对 不 同 算 法 的 访 存 次 数 具 有 直 接 影 响, 同 时 规 则 集 内 正 交 结 构 规 则 的 数 量 将 直 接 决 定 算 法 的 内 存 占 用 针 对 规 则 集 的 覆 盖 均 匀 性, 设 计 了 分 析 和 20

27 可 编 程 虚 拟 化 路 由 器 关 键 技 术 究 及 系 统 制 量 化 方 法 ; 根 据 正 交 结 构 规 则 的 特 性, 提 出 了 一 种 内 存 估 算 模 型 结 合 所 提 出 的 量 化 方 法 和 内 存 估 算 模 型, 设 计 了 SmartSplit 多 决 策 树 算 法 和 AutoPC 算 法 策 略 框 架 对 比 已 提 出 的 最 好 算 法, SmartSplit 算 法 的 访 存 次 数 平 均 减 少 1 倍, 内 存 占 用 最 多 下 降 10 倍 如 图 2 所 示, 对 于 给 定 一 个 规 则 集,AutoPC 框 架 能 够 根 据 规 则 特 性 自 适 应 选 择 合 适 的 算 法, 对 比 仅 采 用 同 一 种 算 法, 平 均 性 能 有 3.8 倍 的 提 升 该 部 分 究 发 表 在 网 络 领 域 顶 级 会 议 ICNP 2014 上 上 述 算 法 在 可 编 程 虚 拟 路 由 器 平 台 上 试 验 取 得 良 好 的 效, 均 带 来 数 倍 的 性 能 提 升 图 1 SAIL 框 架 图 2 SmartSplit 和 EffiCuts 算 法 性 能 对 比 科 21

28 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 异 构 媒 体 数 据 的 关 联 挖 掘 究 异 构 媒 体 数 据 的 关 联 挖 掘 究 是 计 算 所 牵 头 承 担 的 国 家 863 课 题 ( 课 题 编 号 : 2014AA015202), 起 止 时 间 是 2014 年 1 月 至 2016 年 12 月 本 课 题 按 照 预 定 计 划 重 点 开 了 异 构 媒 体 数 据 的 多 模 态 关 联 分 析 究 分 析 方 法 的 究, 以 挖 掘 不 同 模 态 数 据 间 的 横 向 语 义 关 联 关 系, 取 得 了 一 系 列 究 :(1) 提 出 了 一 种 深 度 哈 希 学 习 框 架, 并 应 用 于 跨 模 态 最 近 邻 搜 索, 通 过 深 度 学 习 哈 希 学 习 技 术 有 效 解 决 了 传 统 方 法 中 的 瓶 颈 问 题, 学 习 出 高 维 数 据 跨 模 态 的 有 效 共 享 空 间 表 达, 实 现 了 高 精 度 的 跨 模 态 最 近 邻 搜 索 (2) 在 多 源 融 合 和 跨 模 态 层 次 化 语 义 关 联 方 面, 提 出 了 基 于 复 杂 语 义 表 示 的 跨 模 态 相 关 学 习 方 法 COLAR 和 TINA;(3) 提 出 了 一 种 异 构 媒 体 话 题 分 析 方 法, 通 过 提 出 一 种 多 分 辨 率 行 为 建 模 方 法 来 度 量 不 同 用 户 两 两 之 间 多 时 间 分 辨 率 的 行 为 相 似 性, 从 而 识 别 出 用 户 的 社 区 结 构 (4) 提 出 了 一 种 基 于 多 模 态 图 (Multi-modality Graph,MMG) 的 多 模 态 异 构 媒 体 及 时 序 关 联 建 模 方 法, 用 于 从 跨 模 态 高 噪 声 的 互 联 网 数 据 中 检 测 出 热 点 网 络 事 件 (5) 提 出 了 一 种 层 次 化 语 义 的 复 杂 多 层 特 征 学 习 方 法, 该 方 法 采 用 一 种 共 享 模 型 学 习 方 法, 利 用 多 层 的 特 征 表 示 提 高 层 次 化 分 类 学 习 的 效 (6) 提 出 了 一 种 基 于 多 特 征 融 合 的 多 语 义 视 觉 描 述 学 习 方 法, 通 过 三 种 层 次 的 特 征 聚 合 产 生 多 语 义 图 像 表 示 的 框 架 (7) 提 出 了 一 种 基 于 用 户 点 击 信 息 的 多 模 态 图 像 检 索 重 排 序 方 法, 通 过 结 合 用 户 点 击 信 息 (clickthrough data) 和 多 模 态 特 征 (multi-modal) 有 效 地 解 决 了 尾 查 询 初 始 检 索 效 不 佳 的 问 题, 实 现 了 尾 查 询 图 像 检 索 效 的 大 幅 度 提 升 (8) 基 于 特 征 学 习 度 量 学 习 及 哈 希 学 习, 提 出 了 一 套 基 于 深 度 学 习 的 图 像 检 索 框 架 (9) 提 出 了 一 种 基 于 深 度 学 习 的 视 频 事 件 检 测 方 法, 通 过 深 度 学 习 对 特 征 行 融 合, 反 映 语 义 信 息 之 间 的 联 系, 有 效 地 行 复 杂 事 件 识 别 (10) 面 向 媒 体 大 数 据, 我 们 提 出 了 一 个 新 的 基 准 用 于 实 例 级 视 觉 物 体 检 索 和 识 别 (INSTRE), 针 对 大 规 模 物 体 检 索 问 题 使 用 多 种 评 价 标 准 全 面 地 评 价 几 种 流 行 的 算 法 (11) 构 建 了 新 华 社 跨 媒 体 知 识 库, 对 新 华 社 大 量 原 本 无 序 的 跨 媒 体 数 据 资 源 行 整 合 到 目 前 为 止, 本 课 题 已 发 表 ( 含 已 录 用 ) 学 22

29 异 构 媒 体 数 据 的 关 联 挖 掘 究 术 论 文 25 篇, 申 请 专 利 6 项 通 过 课 题 究, 锻 炼 和 培 养 了 中 青 年 学 术 骨 干, 增 强 了 究 队 伍 的 整 体 实 力 培 养 博 士 究 生 6 名 硕 士 究 生 4 名 通 过 组 织 全 国 特 定 音 视 频 分 析 系 统 评 测 资 格 大 赛, 扩 大 了 课 题 组 的 学 术 影 响 在 2014 年 度, 本 课 题 遵 循 既 定 究 思 路, 已 圆 满 完 了 计 划 的 究 任 务, 达 到 课 题 在 2014 年 度 的 究 目 标, 并 在 部 分 方 面 取 得 了 突 出 的 究, 为 究 工 作 的 一 步 深 入 开 打 下 了 良 好 的 基 础 创 新 求 实 团 结 高 效 23 科

30 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 高 精 度 低 本 低 功 耗 的 海 水 电 导 率 传 感 器 究 设 计 高 精 度 低 本 低 功 耗 的 海 水 电 导 率 传 感 器 究 设 计 是 国 家 863 计 划 课 题 ( 课 题 编 号 : 2014AA093402), 由 计 算 所 独 立 承 担, 起 止 时 间 为 2014 年 1 月 至 2016 年 12 月 本 年 度 课 题 重 点 开 了 传 感 单 元 测 量 电 路 以 及 传 感 器 样 机 的 究 工 作, 并 顺 利 通 过 项 目 组 的 年 度 考 评 有 : 1. 完 电 导 率 传 感 单 元 的 设 计 加 工 在 电 导 率 传 感 单 元 方 面, 我 们 首 先 通 过 有 限 元 仿 真 测 试, 测 试 了 单 面 矩 形 双 电 极 双 面 圆 形 双 电 极 单 面 对 称 矩 形 三 电 极 以 及 单 面 对 称 圆 环 双 电 极 等 多 种 方 案 的 趋 近 效 应, 并 选 择 了 趋 近 效 应 最 小 的 单 面 对 称 圆 环 双 电 极 作 为 传 感 单 元 的 设 计 方 案 随 后, 我 们 采 用 陶 瓷 聚 四 氟 乙 烯 等 基 板 材 料, 采 用 PCB 加 工 工 艺, 行 电 导 率 传 感 单 元 的 加 工 试 制, 并 采 用 镀 铂 镀 钯 镀 金 的 方 式 在 银 导 体 上 对 制 作 了 不 同 的 电 极 在 三 个 月 的 浸 泡 老 化 试 验 之 后, 确 定 了 陶 瓷 基 板 和 镀 铂 的 加 工 工 艺, 完 了 传 感 单 元 的 设 计 加 工 2. 完 测 量 电 路 的 设 计 测 试 在 测 量 电 路 设 计 中, 我 们 基 于 三 参 数 正 弦 波 拟 合 的 测 量 原 理, 实 现 了 16 位 精 度 的 全 阻 抗 测 量 电 路 为 测 试 电 路 的 测 量 准 确 度 稳 定 性, 我 们 采 用 铂 电 阻 温 敏 电 阻 作 为 温 度 传 感 器 以 及 一 个 100Ω 的 高 精 度 电 阻, 对 其 行 持 续 18 天 的 持 续 温 度 和 阻 抗 测 量 测 试 结 表 明, 在 我 们 的 测 量 电 路 支 持 下, 经 过 粗 略 校 准 的 两 个 温 度 传 感 器 可 以 达 到 0.01oC 的 一 致 性 分 辨 率 ; 阻 抗 测 量 的 标 准 差 为 测 量 值 的 %, 量 程 的 %, 说 明 该 测 量 电 路 能 够 达 到 16 位 的 测 量 精 度 同 时, 我 们 还 对 测 量 电 路 的 功 耗 指 标 行 了 测 量 其 供 电 范 围 为 6~16V, 休 眠 电 流 6.5uA, 工 作 电 流 为 12mA, 单 次 测 量 时 间 为 40ms, 在 采 用 7.2V/2000mA 双 节 5 号 锂 电 池 供 电 时, 能 够 满 足 课 题 任 务 中 的 对 应 功 耗 性 能 指 标 图 1 用 于 单 点 测 量 的 CTD 传 感 器 样 机 24

31 高 精 度 低 本 低 功 耗 的 海 水 电 导 率 传 感 器 究 设 计 3. 实 现 用 于 单 点 测 量 的 CTD 原 理 样 机 在 完 传 感 单 元 设 计 测 量 电 路 设 计 后, 我 们 对 传 感 器 行 了 简 易 的 组 装 和 防 水 封 装, 形 了 可 用 于 单 点 测 量 的 传 感 器 样 机 ( 图 1), 并 对 其 在 在 氯 化 钠 溶 液 中 行 了 初 步 的 电 导 率 和 盐 度 测 量 测 试 如 图 2 所 示, 在 4 个 小 时 测 试 中, 水 温 从 上 升 到 ; 同 时 测 量 到 的 电 导 率 从 mS/cm 上 升 到 mS/cm, 并 且 变 化 趋 势 温 度 变 化 曲 线 吻 合 将 温 度 和 电 导 率 转 化 为 盐 度 后, 盐 度 数 值 显 示 出 较 好 的 稳 定 性, 其 抖 动 噪 声 在 0.001psu 以 内 同 时, 在 测 试 过 程 中, 所 测 盐 度 逐 步 升 高 了 0.01psu, 应 是 测 试 过 程 中 水 分 蒸 发 引 起 的 实 际 盐 度 升 高, 而 非 传 感 器 的 漂 移 造 为 实 现 对 深 海 的 测 量, 我 们 还 设 计 了 支 持 6000m 水 深 的 传 感 器 封 装, 设 计 图 如 图 3 所 示 图 2 电 导 率 传 感 器 测 试 数 据 图 3 支 持 6000 米 水 深 的 防 水 封 装 设 计 图 科 25

32 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 超 并 行 高 效 能 计 算 机 体 系 结 构 设 计 方 法 究 超 并 行 高 效 能 计 算 机 体 系 结 构 设 计 方 法 究 是 国 家 自 然 科 学 基 金 委 员 会 创 新 究 群 体 科 学 基 金 项 目, 负 责 人 是 李 国 杰 院 士 本 创 新 群 体 已 经 顺 利 通 过 了 一 期 考 核, 顺 延 为 二 期 第 二 期 起 止 时 间 是 2013 年 1 月 至 2015 年 12 月 究 群 体 在 2014 年 度 中, 以 高 效 能 计 算 低 功 耗 计 算 高 可 靠 计 算 为 究 方 向, 在 高 性 能 和 高 效 能 计 算 机 的 超 并 行 体 系 结 构, 多 核 / 众 核 处 理 器 的 新 型 体 系 结 构, 以 及 多 核 处 理 器 的 测 试 验 证 高 可 靠 性 设 计 方 法 等 六 个 方 面 上 开 究, 取 得 了 一 批 国 内 外 同 行 公 认 的 重 在 高 性 能 计 算 机 超 并 行 体 系 结 构 方 面 : 本 年 度 发 的 面 向 集 群 系 统 的 图 并 行 计 算 模 型 Graphine, 采 用 了 Scatter-Combine 计 算 模 型 和 Agent-Graph 数 据 模 型, 有 效 解 决 了 图 计 算 并 行 分 解 问 题 本 年 度 制 了 基 于 FPGA 的 40 核 高 通 量 处 理 器 消 息 式 内 存 扩 卡 一 体 化 存 储 卡 DCNFPGA PARD 等 一 系 列 硬 件 原 型, 验 证 了 新 的 设 计 思 想, 为 下 一 阶 段 的 系 统 级 原 型 奠 定 了 基 础 发 布 了 大 数 据 分 析 应 用 BigDataBench 3.0, 并 在 多 个 国 际 顶 级 会 议 上 行 了 介 绍, 得 到 国 际 学 术 界 的 使 用 和 认 可 本 年 度 共 申 请 了 发 明 专 利 100 多 项, 发 表 了 ISCA TPDS ICS IISWC DAC TACO 等 一 系 列 高 水 平 文 章 高 效 能 计 算 机 设 计 方 法 方 面 : 为 提 高 数 据 中 心 效 能, 我 们 在 数 据 中 心 系 统 监 控 和 低 能 耗 负 载 调 度 方 面 开 究, 具 体 包 括 :(1) 提 出 基 于 大 规 模 分 布 式 监 测 的 实 时 压 缩 算 法, 包 括 一 个 线 性 压 缩 算 法 (LCA) 将 线 性 滤 波 器 集 于 实 时 监 控, 一 个 新 的 轻 量 级 实 时 压 缩 的 算 法 (ReCA) 通 过 探 索 指 标 间 的 关 联 性 来 抑 制 远 程 信 息 的 更 新, 一 个 探 索 指 标 间 的 关 联 性 的 压 缩 算 法 (MiCA), 现 有 方 法 相 比 压 缩 率 最 高 可 提 高 44.5%, 相 关 工 作 发 表 于 CCF B 类 会 议 ICPP 2014;(2) 设 计 和 开 发 了 多 点 温 度 及 风 速 无 线 监 控 系 统, 相 关 工 作 受 理 专 利 1 项 ;(3) 提 出 计 算 制 冷 能 耗 权 衡 的 虚 拟 机 迁 移 模 型 及 算 法, 负 载 均 衡 方 法 相 比 节 能 最 高 达 54%, 优 于 现 有 的 VMAP 方 法 3.9 倍, 相 关 工 作 受 理 专 利 4 项 在 多 ( 众 ) 核 处 理 器 的 新 型 体 系 结 构 和 低 功 耗 设 计 方 法 方 面 :(1) 针 对 众 核 系 统 中 的 稀 疏 目 录 的 存 储 扩 效 率 问 题, 究 稀 疏 目 录 替 换 策 略 合 作 式 目 录 替 换 策 略, 以 及 victim 目 录 设 26

33 超 并 行 高 效 能 计 算 机 体 系 结 构 设 计 方 法 究 计 方 法 和 海 绵 目 录 的 设 计 方 法 并 在 国 际 顶 级 会 议 PACT 上 发 表 论 文 (2) 究 面 向 能 耗 优 化 的 多 核 处 理 器 系 统 资 源 分 配 方 法 通 过 分 析 处 理 器 核 数 频 率 并 行 开 销 访 存 开 销 带 宽 划 分 等 因 素 对 能 耗 的 影 响, 针 对 同 构 处 理 器 提 出 基 于 DynamicVoltage/Frequency/Core Scaling 的 能 耗 - 性 能 模 型 ; 针 对 异 构 处 理 器 提 出 引 入 访 存 排 队 延 迟 的 性 能 - 能 效 模 型 从 而 从 模 型 和 实 际 执 行 两 个 方 面 提 出 最 优 能 耗 所 用 核 数 和 频 率 的 设 计 空 间 探 索 方 法 (3) 从 高 通 量 应 用 本 身 出 发, 针 对 高 通 量 应 用 的 特 点, 究 内 存 管 理 优 化 机 制, 以 提 高 高 通 量 计 算 的 性 能 在 多 核 处 理 器 的 测 试 验 证 可 靠 设 计 方 法 方 面 :(1) 测 试 验 证 方 面, 提 出 了 同 时 考 虑 最 长 敏 化 路 径 和 n 倍 检 测 覆 盖 率 的 时 延 测 试 向 量 选 择 方 法 引 导 模 拟 验 证 激 励 生 的 半 形 式 化 方 法, 在 TVLSI 发 表 论 文 2 篇 (2) 在 片 上 互 连 和 存 储 容 错 方 面, 提 出 了 跳 变 片 上 网 络 设 计 方 法, 实 现 了 带 宽 在 时 间 维 和 空 间 维 上 的 异 构 分 布 ; 提 出 了 DRAM 的 动 态 刷 新 机 制, 实 现 了 功 耗 和 可 靠 性 之 间 的 折 中 在 包 含 TVLSI ICCAD 等 期 刊 会 议 上 共 发 表 了 8 篇 论 文 (3) 在 多 核 可 靠 性 设 计 方 面, 提 出 了 基 于 分 层 隔 离 电 压 噪 声 紧 急 线 程 优 先 线 程 调 度 的 三 维 堆 叠 多 核 处 理 器 电 压 紧 急 消 除 方 法 基 于 热 能 功 耗 估 算 模 型 的 多 核 处 理 器 热 能 功 耗 管 理 方 法 基 于 Short-Set 的 相 变 存 储 器 高 效 能 写 方 法, 在 DAC/DATE/ASPDAC 等 领 域 旗 舰 会 议 上 发 表 4 篇 论 文 在 高 性 能 计 算 机 的 并 行 编 译 方 法 方 面 : (1) 完 善 非 精 确 平 台 上 面 向 算 法 的 编 程 支 持, 被 TACO 录 用 ;(2) 扩 网 格 应 用 的 并 行 模 式 语 言, 支 持 MPI 应 用 ; 提 出 对 任 务 类 型 位 置 敏 感 的 时 间 扭 曲 调 度, 性 能 提 升 可 达 45% 论 文 投 稿 中 (3) 提 出 GPU 平 台 上 一 种 新 制 导 和 相 应 的 编 译 优 化 方 法, 性 能 可 达 OpenACC 和 OpenHMPP 的 3.6 倍 和 1.3 倍 论 文 投 稿 中 (4) 领 域 专 家 协 同 的 编 译 方 法 方 面, 提 出 语 义 模 式 的 自 动 识 别 算 法, 论 文 被 MICRO 2014 录 用 (5) 针 对 大 规 模 服 务 器, 提 出 差 异 性 I/O 调 度 方 法, 显 著 地 提 高 系 统 吞 吐 率, 发 表 于 JCST (6) 建 立 异 构 集 群 上 MapReduce 应 用 的 性 能 建 模 评 估 方 法, 把 典 型 MapReduce 应 用 的 性 能 提 高 1.4 倍 到 12.5 倍, 论 文 投 稿 中 (7) 提 出 并 发 错 误 的 快 速 自 动 定 位 方 法, 发 表 于 ASE14 在 本 项 目 的 究 过 程 中, 产 生 相 关 究 平 台 也 是 本 群 体 的 目 标 之 一 在 项 目 开 过 程 中, 高 效 能 可 重 构 大 数 据 处 理 加 速 引 擎 究 平 台 机 器 学 习 加 速 器 的 结 构 和 编 程 究 平 台 面 向 测 量 信 息 的 日 志 记 录 分 析 平 台 众 核 处 理 器 并 行 编 程 方 法 究 平 台 等 四 大 自 究 平 台 也 取 得 了 预 期 本 项 目 本 年 度 的 究 工 作 取 得 了 一 系 列, 并 得 到 了 国 际 同 行 的 肯 定 2014 年 度 总 共 发 表 学 术 论 文 62 篇, 其 中 EI 索 引 44 篇,SCI 索 引 20 篇, 期 刊 论 文 26 篇, 会 议 论 文 36 篇, 申 请 / 授 权 专 利 58 项 创 新 群 体 年 度 总 结 会 现 场 27 科

34 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 云 环 境 下 的 图 像 视 频 群 体 协 同 表 达 处 理 国 家 自 然 科 学 基 金 重 大 项 目 云 环 境 下 的 图 像 视 频 群 体 协 同 表 达 处 理 ( 项 目 编 号 : ) 于 2014 年 1 月 14 日 在 中 科 院 计 算 所 举 行 了 项 目 启 动 会 该 项 目 的 执 行 时 间 是 2014 年 1 月 至 2018 年 12 月, 下 属 5 个 课 题 的 承 担 单 位 分 别 为 中 国 科 学 院 计 算 技 术 究 所 北 京 工 业 大 学 同 济 大 学 中 国 科 学 技 术 大 学 北 京 大 学 本 项 目 旨 在 究 云 环 境 下 的 图 像 视 频 群 体 协 同 表 达 处 理, 发 以 群 体 化 感 知 化 为 基 础 的 信 息 理 论, 建 立 云 环 境 下 图 像 视 频 群 体 表 达 编 码 传 输 评 价 方 法, 形 具 有 自 知 识 产 权 的 AVS 云 媒 体 标 准, 促 我 国 信 息 产 业 由 制 造 优 势 向 技 术 优 势 数 据 优 势 的 转 变 经 过 执 行 期 第 一 年 的 究, 各 课 题 均 按 照 预 定 计 划 取 得 了 较 好 的 究, 如 下 : 1. 在 群 体 数 据 的 协 同 结 构 化 表 达 处 理 方 面, 提 出 了 跨 欧 氏 - 黎 曼 空 间 的 异 质 度 量 学 习 方 法, 为 解 决 图 像 视 频 之 间 的 异 质 数 据 匹 配 和 识 别 问 题 提 供 了 全 新 的 理 论 框 架 ; 提 出 了 混 合 多 阶 统 计 量 的 度 量 学 习 多 核 分 类 器 融 合 的 判 别 学 习 方 法, 有 效 解 决 了 视 频 识 别 中 变 化 复 杂 分 布 差 异 大 语 义 不 对 齐 等 难 题 ; 提 出 了 一 种 高 效 稳 定 的 视 频 运 动 基 元 描 述 子, 以 有 效 刻 画 视 频 的 中 层 语 义 信 息, 且 对 于 时 空 对 齐 具 有 很 好 的 鲁 棒 性, 在 视 频 动 态 表 情 识 别 任 务 中 取 得 了 功 应 用 针 对 大 规 模 图 像 快 速 检 索 问 题, 基 于 图 像 视 频 的 结 构 化 属 性, 提 出 一 种 时 空 高 效 的 视 频 紧 致 二 值 编 码 表 示, 可 有 效 应 对 大 规 模 视 频 检 索 的 挑 战 初 步 建 立 了 小 规 模 的 面 向 图 像 视 频 群 体 结 构 化 的 视 觉 概 念 库 雏 形, 包 括 398 个 动 物 类 别 20 个 属 性 的 语 义 标 注 和 关 联 2. 在 群 体 化 图 像 视 频 编 码 方 面, 提 出 了 一 种 联 合 非 局 部 相 似 性 和 稀 疏 性 约 束 的 高 效 光 流 正 则 方 法, 建 立 了 相 邻 视 频 帧 间 的 对 应 关 系, 取 得 了 性 能 领 先 的 光 流 场 估 计 精 度 ; 提 出 了 一 种 利 用 图 像 局 部 结 构 增 强 稀 疏 性 的 基 元 表 达 方 法, 改 善 了 当 前 基 于 小 波 的 压 缩 图 像 重 建 效 提 出 了 一 种 基 于 二 维 字 典 的 编 码 方 案, 实 现 了 跨 越 编 码 器 的 分 块 边 界 匹 配 基 于 群 体 图 像 的 层 次 化 表 示 模 型, 提 出 将 自 适 应 滤 波 器 用 于 图 像 分 层 次 表 示, 在 利 用 较 少 系 数 行 图 像 重 构 方 面 取 得 了 优 于 小 波 变 换 的 效 3. 在 群 体 化 图 像 视 频 传 输 方 面, 究 采 用 视 觉 感 知 失 真 度 量 代 替 传 统 的 信 号 失 真 准 则 28

35 云 环 境 下 的 图 像 视 频 群 体 协 同 表 达 处 理 究 率 失 真 关 系, 提 出 了 利 用 多 用 户 的 带 宽 异 构 特 性 行 伪 模 拟 的 失 真 可 容 忍 传 输 方 法, 可 有 效 优 化 每 个 用 户 分 配 的 最 优 带 宽 功 率 资 源 ; 提 出 了 数 模 混 合 的 失 真 可 容 忍 图 像 视 频 传 输 方 法, 结 合 数 字 视 频 传 输 系 统 压 缩 率 高 和 伪 模 拟 系 统 的 信 道 适 应 特 性, 实 现 了 移 动 环 境 下 的 信 道 自 适 应 传 输 ; 在 平 台 建 设 方 面, 自 设 计 了 数 字 中 频 信 号 处 理 电 路 板, 支 持 2 收 2 发 的 无 线 射 频 电 路 板, 可 以 支 持 实 现 伪 模 拟 图 像 视 频 传 输 的 各 项 功 能 4. 在 图 像 视 频 质 量 评 价 方 面, 为 建 立 感 知 一 致 的 图 像 失 真 度 量, 提 出 了 基 于 人 脑 自 由 能 模 型 的 无 参 考 图 像 质 量 评 价 算 法 ; 而 提 出 了 一 种 针 对 复 合 失 真 的 图 像 质 量 评 价 通 用 的 框 架 以 及 评 价 复 合 退 化 盲 图 像 的 方 法, 达 到 了 流 行 的 全 参 考 算 法 相 当 的 性 能 针 对 移 动 显 示 设 备 上 3D 视 频 的 观 评 价 问 题, 提 出 了 一 种 利 用 图 像 查 询 重 建 误 差 评 价 检 索 结 质 量 的 方 法 启 动 建 设 2D/3D 图 像 视 频 质 量 评 价 数 据 库, 旨 在 构 建 符 合 究 需 求 以 及 国 际 标 准 的 评 测 平 台 5. 在 面 向 群 体 数 据 的 AVS 云 媒 体 标 准 及 验 证 平 台 方 面, 提 出 了 基 于 深 度 学 习 的 视 频 动 态 建 模 方 法, 设 计 了 深 度 动 态 编 码 器 叠 加 和 训 练 方 法, 以 提 高 动 态 建 模 的 准 确 性 ; 针 对 视 觉 词 典 设 计, 提 出 了 基 于 频 域 拉 普 拉 斯 高 斯 滤 波 的 超 低 复 杂 度 兴 趣 点 检 测 子 BFLoG, 在 精 度 效 率 两 方 面 均 优 于 已 有 的 SIFT 和 SURF 等 经 典 算 子 提 出 了 紧 凑 视 觉 模 式 包 CBoP 对 视 觉 模 式 行 稀 疏 编 码, 能 够 以 更 小 编 码 长 度 重 建 词 袋 模 型 的 直 方 图, 将 检 索 速 度 提 升 20 到 25 倍 提 出 了 海 量 网 络 群 体 数 据 标 识 压 缩 方 法, 在 百 度 大 规 模 图 像 检 索 中 得 到 验 证 和 应 用 ; 针 对 视 频 监 控 压 缩, 提 出 了 低 复 杂 度 监 控 视 频 运 动 搜 索 算 法 背 景 图 像 质 量 可 伸 缩 编 码 方 法 基 于 在 线 学 习 的 多 特 征 亲 和 度 融 合 算 法 基 于 变 形 敏 感 软 级 联 模 型 的 视 频 近 似 拷 贝 检 测 等 方 法, 并 初 步 建 立 了 基 于 云 计 算 的 媒 体 编 解 码 框 架 上 述 究,2014 年 度 共 发 表 国 际 刊 物 论 文 33 篇, 国 内 刊 物 论 文 1 篇, 国 际 会 议 论 文 44 篇, 申 请 专 利 21 项 项 目 启 动 会 会 议 现 场 科 29

36 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 在 线 社 会 关 系 网 络 的 挖 掘 分 析 本 项 目 为 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 ( 课 题 编 号 : ), 起 止 时 间 是 2013 年 1 月 至 2017 年 12 月 本 年 度 在 文 本 表 达 和 排 序 学 习 网 络 群 体 行 为 分 析 等 方 面 开 了 究 并 形 了 一 系 列 有 国 际 学 术 影 响 的 究 代 表 性 究 概 述 如 下 : 1. 文 本 表 达 和 排 序 学 习 概 率 化 题 模 型 是 文 本 数 据 约 简 的 一 种 有 效 方 法, 文 档 被 建 模 题 的 混 合 分 布, 题 建 模 词 的 多 项 式 分 布 针 对 短 文 本 中 题 模 型 会 遇 到 严 重 的 数 据 稀 疏 性 问 题, 提 出 了 双 词 概 率 题 模 型 BTM 直 接 建 模 全 局 的 词 共 现 关 系, 利 用 全 局 词 共 现 关 系 包 含 的 上 下 文 信 息 判 断 词 的 题 属 性, 克 服 数 据 稀 疏 性 问 题 一 步, 针 对 短 文 本 数 据 流 中 的 突 发 话 题, 提 出 了 一 个 突 发 话 题 模 型 BBTM, 利 用 双 词 的 突 发 性 指 导 突 发 话 题 的 学 习, 无 需 任 何 后 处 理 手 段 启 发 式 的 技 巧 在 多 样 性 排 序 模 型 方 面, 提 出 了 一 个 新 颖 的 关 系 排 序 学 习 的 框 架 来 求 解, 将 多 样 性 排 序 问 题 视 作 一 个 顺 序 选 择 过 程, 将 排 序 函 数 定 义 为 相 关 性 得 分 多 样 性 得 分 的 组 合 在 列 表 型 算 法 ListMLE 的 基 础 上, 提 出 了 位 置 敏 感 的 ListMLE 算 法, 有 效 建 模 了 位 置 信 息 的 影 响 该 算 法 可 以 有 效 改 传 统 ListMLE 算 法 的 性 能 同 时, 理 论 分 析 也 证 明 了 该 损 失 函 数 NDCG 型 的 评 价 准 则 是 统 计 一 致 的 究 发 表 在 SIGIR 2014 AAAI 2015 WSDM 2015 和 TKDE 上, 形 了 很 好 的 学 术 影 响 2. 网 络 群 体 行 为 分 析 针 对 消 息 流 行 度 预 测 问 题, 提 出 了 一 种 基 于 自 增 强 泊 松 过 程 的 概 率 模 型, 建 模 流 行 度 动 态 过 程 的 微 观 机 制 该 模 型 直 接 建 模 各 个 消 息 获 得 关 注 的 过 程, 可 再 现 整 个 在 线 社 会 关 系 网 络 的 流 行 度 分 布, 显 著 超 过 了 基 于 时 间 序 列 自 回 归 的 模 型 和 对 数 回 归 模 型 针 对 团 队 合 作 中 功 劳 分 配 面 临 的 学 科 间 规 则 差 异 大 实 际 贡 献 难 以 量 化 等 难 题, 提 出 了 群 体 功 劳 分 配 方 法, 采 用 被 感 知 的 贡 献 作 为 功 劳 分 配 的 依 据, 利 用 共 引 用 关 系 作 为 度 量 被 感 知 贡 献 的 依 据 该 方 法 能 够 自 适 应 地 量 化 个 体 从 团 队 合 作 中 获 得 的 功 劳 分 配 比 例 针 对 影 响 最 大 化 问 题, 提 出 直 接 通 过 寻 找 自 洽 排 序 来 求 解 影 响 最 大 化 问 题, 设 计 了 一 个 迭 代 的 框 架 IMRank, 在 计 算 效 率 上 显 著 超 过 了 当 前 最 好 的 贪 心 算 法 和 启 发 式 算 法 究 发 表 在 SIGIR 30

37 在 线 社 会 关 系 网 络 的 挖 掘 分 析 2014 和 Sci. Rep. 上, 受 到 了 国 际 究 同 行 的 关 注 究 发 表 在 AAAI 2014 Science 和 美 国 科 学 院 院 刊 (PNAS) 上,PNAS 论 文 为 发 表 当 期 的 六 篇 highlighted article 之 一, 并 被 ScienceDaily 等 多 家 学 术 媒 体 报 道 和 转 载 究 社 会 化 媒 体 数 据 的 分 析 检 索, 获 得 了 中 国 中 文 信 息 学 会 钱 伟 长 中 文 信 息 处 理 科 学 技 术 一 等 奖 ; 课 题 负 责 人 程 学 旗 担 任 Web 信 息 检 索 数 据 挖 掘 领 域 国 际 学 术 会 议 WSDM 2015 的 大 会 共 同 席 ; 课 题 负 责 人 程 学 旗 在 组 织 了 题 为 在 线 社 会 关 系 网 络 挖 掘 分 析 的 专 辑, 出 版 在 计 算 机 学 报 2014 年 度 第 4 期 上 ; 项 目 究 在 第 二 十 届 全 国 信 息 检 索 学 会 会 议 (CCIR 2014) 第 十 届 中 国 网 络 科 学 论 坛 上 行 了 介 绍 2014 年 底, 课 题 顺 利 通 过 了 国 家 基 金 委 组 织 的 中 期 检 查 集 中 力 量 办 大 事 31 科

38 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 后 IP 网 络 体 系 结 构 及 其 机 理 探 索 后 IP 网 络 体 系 结 构 及 其 机 理 探 索 是 由 计 算 所 牵 头 联 合 清 华 大 学 和 北 京 邮 电 大 学 承 担 的 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 ( 项 目 编 号 : ), 起 止 时 间 是 2012 年 1 月 至 2016 年 12 月 该 项 目 旨 在 究 未 来 网 络 体 系 结 构 模 型 理 论 基 础 和 关 键 技 术 项 目 组 提 出 了 面 向 服 务 的 未 来 互 联 网 体 系 结 构 SOFIA, 并 在 2014 年 度 完 整 实 现 了 SOFIA 体 系 结 构 原 型 系 统, 究 了 未 来 网 络 中 的 缓 存 / 转 发 机 制, 提 出 了 高 效 的 互 联 网 路 由 查 找 和 数 据 包 分 类 算 法, 并 刻 画 了 互 联 网 的 资 源 访 问 模 型 在 SOFIA 中, 服 务 获 取 由 服 务 发 现 和 数 据 传 输 两 部 分 组, 其 中 服 务 发 现 使 用 基 于 服 务 名 字 的 路 由, 数 据 传 输 使 用 基 于 网 络 地 址 的 路 由 服 务 发 现 的 过 程 如 下 图 所 示 这 种 混 合 路 由 机 制 的 优 点 在 于 一 方 面 保 证 灵 活 的 服 务 发 现, 充 分 利 用 临 近 的 缓 存 节 点, 而 基 于 网 络 地 址 的 路 由 使 用 网 络 拓 扑 一 致 的 最 短 路 径 传 输 数 据, 提 升 传 输 效 SOFIA 服 务 连 接 基 本 元 素 及 建 立 过 程 32

39 后 IP 网 络 体 系 结 构 及 其 机 理 探 索 率 项 目 组 实 现 了 SOFIA 协 议 栈 原 型 系 统 和 典 型 应 用 系 统 ( 如 互 联 网 视 频 系 统 语 音 通 信 系 统 等 ), 并 在 未 来 网 络 试 验 床 中 部 署 考 虑 到 未 来 网 络 中 新 的 应 用 层 出 不 穷, 网 络 规 模 和 链 路 带 宽 呈 指 数 级 增 长 项 目 组 深 入 究 了 高 效 路 由 查 找 算 法, 并 提 出 将 整 个 路 由 查 找 按 照 两 个 维 度 ( 查 找 过 程 和 前 缀 长 度 ) 行 分 类 处 理, 将 整 个 路 由 查 找 按 照 处 理 过 程 和 地 址 前 缀 长 度 分 类 在 四 个 平 台 (FPGA CPU GPU 和 众 核 ) 上 实 现 了 这 些 框 架 算 法 或 改 算 法 实 验 结 表 明, 已 有 算 法 相 比, 所 设 计 算 法 可 以 同 时 实 现 查 找 时 间 较 小 ( 满 足 线 速 处 理 需 求 ) 和 使 用 较 小 的 片 上 存 储 ( 片 上 存 储 大 小 较 小, 并 且 增 加 速 度 较 小 ) 此 外, 提 出 了 路 由 经 济 学 模 型, 利 用 该 模 型 究 和 分 析 了 域 间 路 由 冲 突 的 经 济 原 因, 路 由 的 冲 突 根 本 原 因 是 ISP 之 间 的 利 益 冲 突 通 过 引 入 Shapley 机 制, 在 不 同 ISP 之 间 建 立 协 作 解 决 经 济 利 益 冲 突, 在 解 决 路 由 冲 突 的 同 时 确 保 了 ISP 之 间 利 益 的 公 平 性 2014 年 度, 在 该 项 目 的 支 持 下, 在 ACM SIGCOMM INFOCOM 等 顶 级 国 际 会 议, 以 及 IEEE JSAC IEEE Network 期 刊 共 发 表 ( 含 录 用 ) 论 文 20 余 篇, 申 请 国 内 专 利 5 项 跻 身 国 际 前 沿 关 注 国 计 民 生 引 领 中 国 信 息 产 业 33 科

40 科 2014 科 年 报 重 点 / 重 大 科 任 务 数 据 并 行 线 程 并 行 合 一 的 可 伸 缩 处 理 器 体 系 结 构 本 项 目 为 国 家 基 金 重 点 项 目 ( 项 目 编 号 : ), 起 止 时 间 是 2014 年 1 月 至 2018 年 12 月 长 期 以 来, 指 令 级 并 行 数 据 级 并 行 和 线 程 级 并 行 是 现 代 处 理 器 用 来 提 升 性 能 的 三 种 并 行 机 制, 然 而, 为 了 追 求 高 性 能 和 通 用 性, 处 理 器 中 指 令 级 并 行 数 据 级 并 行 和 线 程 级 并 行 的 结 构 通 常 是 分 别 配 备 的, 导 致 整 个 芯 片 占 用 较 多 资 源, 芯 片 的 本 增 大 了 资 源 的 过 度 配 置 和 资 源 利 用 率 的 低 下 也 是 现 代 高 性 能 通 用 处 理 器 功 耗 过 高 的 原 因 根 据 对 应 用 模 式 的 简 单 分 析 可 知, 线 程 并 行 和 数 据 并 行 等 多 种 能 力 并 不 需 同 时 提 供, 经 常 可 能 是 互 相 交 错 的 所 以, 为 不 同 的 并 行 能 力 提 供 不 同 的 功 能 部 件, 并 无 必 本 项 目 重 点 究 在 同 一 套 控 制 和 运 算 部 件 上, 既 能 支 持 多 线 程 并 行 执 行, 又 能 支 持 向 量 数 据 并 行 计 算 的 新 型 处 理 器 体 系 结 构 核 心 是 利 用 一 组 可 重 构 的 深 度 流 水 数 据 通 路, 同 时 支 持 线 程 并 行 代 码 和 数 据 并 行 代 码 的 执 行, 并 可 根 据 应 用 需 求, 在 两 种 执 行 模 式 间 动 态 切 换 这 种 创 新 的 体 系 结 构 可 大 大 提 高 硬 件 资 源 的 利 用 率, 从 而 达 到 高 性 能 低 本 低 能 耗 和 通 用 性 的 平 衡 2014 年 度 的 工 作 体 现 在 以 下 四 点 1. 并 行 程 序 调 试 错 误 定 位 并 行 程 序 是 发 挥 可 伸 缩 处 理 器, 以 及 传 统 多 核 处 理 器 性 能 的 关 键 途 径 然 而 保 障 并 行 程 序 的 正 确 性 和 健 壮 性, 是 一 个 难 点, 也 是 国 内 外 究 的 一 个 重 点 我 们 从 并 行 程 序 调 试 和 错 误 定 位 两 个 角 度 开 了 究 a) 并 行 程 序 中 数 据 竞 争 导 致 的 不 确 定 性, 使 得 并 行 程 序 调 试 极 为 困 难 我 们 提 出 了 一 种 新 的 错 误 重 现 技 术, 利 用 核 间 局 部 时 钟 的 差 值 区 间, 降 低 了 并 行 程 序 错 误 重 现 和 离 线 分 析 的 有 效 方 法 同 时 还 提 出 了 核 间 局 部 时 钟 差 值 的 度 量 方 法, 改 变 了 人 们 普 遍 认 为 该 差 值 无 法 度 量 的 看 法 b) 在 错 误 定 位 方 面, 我 们 针 对 并 行 程 序, 提 出 了 一 种 利 用 正 确 执 行 历 史 来 定 位 程 序 中 的 错 误 根 源, 取 得 了 较 好 的 效 2. 线 程 并 行 和 数 据 并 行 合 一 体 系 结 构 中 缓 存 一 致 性 线 程 并 行 和 数 据 并 行 合 一 的 体 系 结 构 中, 高 效 且 低 开 销 的 维 护 缓 存 一 致 性 是 一 个 重 问 题 本 究 提 出 了 三 种 方 法 解 决 稀 疏 目 录 的 问 题 : a)victim 目 录 (Victim Directory) 该 方 法 是 在 稀 疏 目 录 结 构 上 附 加 一 个 小 的 全 相 联 目 录 结 构 实 验 证 明 该 技 术 是 一 个 减 少 稀 疏 目 录 替 换 的 有 效 且 低 开 销 的 方 法 b) 合 作 式 目 录 存 储 34

41 数 据 并 行 线 程 并 行 合 一 的 可 伸 缩 处 理 器 体 系 结 构 (Cooperative Directory Storage,CDS) 选 取 合 适 的 稀 疏 目 录 替 换 算 法 和 采 用 victim 目 录 均 仅 能 减 少 稀 疏 目 录 的 冲 突 替 换, 但 无 法 减 少 稀 疏 目 录 的 容 量 替 换 在 稀 疏 目 录 信 息 分 布 不 均 匀 时, 热 点 稀 疏 目 录 节 点 很 容 易 发 生 容 量 替 换 针 对 这 个 问 题, 我 们 提 出 了 CDS 技 术, 该 技 术 可 以 动 态 细 粒 度 地 将 末 级 缓 存 数 据 阵 列 的 容 量 分 配 给 末 级 缓 存 和 稀 疏 目 录, 从 而 动 态 增 加 热 点 稀 疏 目 录 节 点 的 容 量 c) 海 绵 目 录 (SpongeDirectory) 为 了 提 高 稀 疏 目 录 结 构 在 未 来 超 大 规 模 众 核 系 统 中 的 可 扩 性, 我 们 提 出 了 SpongeDirectory, 该 技 术 是 一 种 采 用 了 多 层 次 memristor RAM 的 稀 疏 目 录 每 个 SpongeDirectory 目 录 块 均 可 以 根 据 需 求 动 态 地 调 整 其 层 数, 从 而 改 变 其 存 储 的 容 量 3. 线 程 并 行 和 数 据 并 行 合 一 体 系 结 构 的 访 存 结 构 设 计 在 共 享 存 储 的 线 程 并 行 和 数 据 并 行 处 理 器 上 并 行 处 理 应 用 时, 其 的 性 能 瓶 颈 来 自 于 内 存 管 理 而 且, 针 对 运 行 在 共 享 存 储 平 台 下 的 并 行 应 用, 动 态 内 存 管 理 领 域 的 究 集 中 于 设 计 和 实 现 高 效 的 并 行 内 存 分 配 器, 而 并 行 内 存 分 配 器 本 身 却 受 到 并 行 度 的 限 制, 在 并 行 度 比 较 大 的 情 况 下 无 法 实 现 高 效 的 内 存 管 理 本 究 针 对 导 致 线 程 和 数 据 并 行 应 用 内 存 管 理 性 能 下 降 的 两 个 核 心 原 因, 分 别 从 降 低 存 储 需 求 和 减 少 存 储 频 次 两 个 方 面, 来 究 内 存 管 理 的 优 化 方 法 首 先, 我 们 提 出 一 种 降 低 存 储 需 求 的 功 能 流 水 机 制, 通 过 功 能 流 水 可 以 有 效 的 避 免 中 间 数 据 结 的 累 积, 可 以 减 少 绝 大 部 分 的 中 间 数 据 的 存 储 开 销 另 外, 我 们 基 于 排 队 论 和 线 性 规 划, 提 出 一 种 减 少 存 储 频 次 的 优 化 方 法 基 于 排 队 论 预 测 出 系 统 的 存 储 需 求, 然 后 根 据 存 储 需 求 和 系 统 资 源 限 制, 利 用 线 性 规 划 的 方 法 计 算 出 最 优 的 预 分 配 存 储 空 间 大 小, 并 对 这 部 分 存 储 空 间 采 用 集 中 一 次 分 配 的 策 略, 来 代 替 大 量 离 散 小 块 内 存 的 频 繁 申 请, 以 此 消 去 绝 大 部 分 的 内 存 申 请 操 作 4. 线 程 并 行 和 数 据 并 行 合 一 处 理 器 的 能 耗 优 化 能 耗 优 化 的 面 积 功 耗 带 宽 分 配 问 题 是 多 核 处 理 器 在 未 来 发 中 能 否 解 决 暗 硅 问 题, 延 续 摩 尔 定 律 的 关 键 本 究 针 对 使 用 DVFCS 技 术 的 多 核 处 理 器 提 出 一 种 能 耗 - 性 能 建 模 方 法, 能 够 分 别 在 能 耗 和 性 能 中 分 离 出 频 率 核 数 相 关 和 无 关 的 组 部 分, 准 确 表 达 不 同 并 行 负 载 的 能 耗 - 性 能 随 核 数 - 频 率 的 变 化 规 律, 相 比 已 有 的 系 统 级 建 模 方 法 能 够 更 精 确 的 反 映 核 数 频 率 对 能 耗 - 性 能 权 衡 关 系 的 影 响 基 于 能 耗 - 性 能 在 核 数 - 频 率 空 间 的 分 布 特 点, 究 提 出 了 在 LM+PO+MO 模 型 所 构 的 核 数 - 频 率 空 间 中 搜 索 最 优 性 能 能 耗 所 用 核 数 频 率 的 执 行 方 法 ; 同 时, 针 对 实 测 执 行 最 优 核 数 - 频 率 级 别 搜 索 的 巨 大 开 销, 提 出 一 种 基 于 可 行 方 向 法 的 最 优 核 数 - 频 率 级 别 搜 索 方 法, 相 比 已 有 的 二 分 爬 山 法 和 启 发 式 爬 山 法 在 执 行 次 数 执 行 时 间 和 能 耗 开 销 方 面 都 具 有 一 定 优 势, 并 在 核 数 和 频 率 级 别 增 加 时 具 有 更 好 的 可 扩 性 在 充 分 究 了 以 上 同 构 多 核 处 理 器 能 耗 - 性 能 制 约 关 系 的 基 础 上, 还 究 了 异 构 处 理 器 上 面 向 能 效 - 性 能 优 化 的 带 宽 划 分 方 法, 通 过 建 立 引 入 排 队 延 迟 的 异 构 处 理 器 能 耗 - 性 能 模 型, 结 合 经 验 参 数 分 析 片 外 访 存 带 宽 资 源 分 配 对 总 吞 吐 率 和 能 效 的 影 响, 阐 明 了 异 构 多 核 性 能 - 能 效 增 益 随 协 处 理 器 cache 失 配 率 之 比 率 和 可 用 峰 值 带 宽 的 紧 缺 程 度 的 变 化 规 律, 最 终 使 用 所 提 出 的 模 型 推 导 出 最 优 性 能 和 最 优 能 效 的 带 宽 划 分 解 析 式, 分 析 得 出 相 比 自 然 划 分 的 性 能 - 能 效 收 益 35 科