体系结构与高性能计算研究所前身为北京理工大学ASIC研究所,2005年更名为嵌入式高性能计算研究所,2010年更名为体系结构与高性能计算研究所。自“十一五”以来,实验室完成了多项国家纵向科研课题,先后主持国家自然科学基金、国防预研项目、国家重点研发计划子课题等国家级项目。研究所现有实验室面积236平方米,配置有多台高性能服务器、FPGA设计平台等。研究所现有专职教师7人,在读博士生2人,在读硕士生35人。公开发表论文230余篇,其中EI检索论文150余篇,SCI检索论文70余篇。授权国家发明专利30余项。
研究所主要从事计算机系统领域相关技术研究,即上图中虚线下方的计算机系统软硬件设计研究,以“高性能、低功耗、安全、可靠、易用、可扩展”为设计目标,探索新型微处理器体系架构、基础软件的实现与优化。具体科研方向如下:
1.微处理器体系架构研究
研究所石峰教授于2005年提出基三众核架构(Triplet-Based Many-core Architecture,TriBA),TriBA是一种新颖的从底层支持面向对象技术的多核并行体系架构,该架构由通信子网络TriBA-cNoC和内存子网络TriBA-mNoC组成,并采用了基于瓦片(Tile-based)的布局布线方法和模块化的设计理念。虽然其拓扑结构具有3D风格,但却能够将两种子网络集成在同一个硅平面上,在实现晶圆面积的最佳使用效率的同时能够实现相同单元模块的重用。该方向以基三众核架构为主要研究对象,以提高其性能和可用性为主要目标,对该架构的路由算法、布局布线策略、片上存储、防死锁策略等关键技术进行系统研究。
2. 并行与高性能计算
应用软件的核心是由搜索、排序、方程/方程组求解、最优化目标求解等基础算法组成,这些算法的核心又是由矩阵向量计算、FFT、卷积等通用算子组成。我们致力于通用、核心算法/算子在现代异构、并行计算机系统上的实现优化,对稠密矩阵计算、稀疏矩阵计算等开展深入研究,提出了许多优化方法,如基于数学形态学的稀疏矩阵划分与SpMV计算优化等,部分成果已经应用于华为软件开发云等企业产品中。面向电磁仿真、分子对接、电路仿真等科学和工程问题,在应用级、算法级和算子级进行程序性能优化是本科研方向的主要任务。
由于现代计算机系统基本上都属于并行计算机系统,并行编程已成为程序设计和开发人员需要掌握的基本技能。然而,普通程序员通常对计算机体系结构认识不足,因此需要并行编程模型充当上层应用与底层硬件体系结构之间的桥梁。我们研究基于任务的并行编程模型,通过编译和运行时系统实现任务的划分、调度、同步和通信等,为程序员提供简单易用的编程接口,使其既可以充分利用丰富的系统资源、又不必考虑复杂的硬件细节。
3. AI4Science
随着人工智能的蓬勃发展,AI技术正助力于人类对宏观世界和微观世界的探索,在天体物理学、药物筛选、蛋白质结构预测等科学研究领域已得到广泛应用。我们尝试将机器学习和深度学习方法应用于矩阵计算、虚拟药物筛选等研究中,与传统基于计算的方式相结合,为提高系统性能和效率开辟新的思路。
4. 云计算与大数据技术、社会计算
基于AI的应用领域技术研究(基于大模型、图神经网络、Transformer等解决应用领域特定问题);基于Hadoop/Spark/Flink处理平台的GPU加速技术研究;SQL+NOSQL混合数据库模式的大数据处理技术研究;机器学习算法的并行化研究;社会计算技术研究(与奥克兰大学合作,涉及图论,复杂度理论,计算机科学,心理学等学科)。
5. 面向计算机视觉的深度模型对抗技术
近年来,深度学习技术逐渐兴起,在各个学科领域都表现出优异的性能,被大家广泛认可与使用。然而,这项新兴技术在被广泛应用的同时,也有很多安全性问题随之出现。大量研究表明,基于深度学习的模型很容易被欺骗,例如,在计算机视觉领域的图像分类任务中,攻击者通过在图像中添加微小的扰动,在人类视觉无法察觉的情况下,即可使得深度学习模型出现错误的分类结果。为了更加深入的了解深度学习脆弱性产生的原因,促进人们对其所存在的安全隐患了解与重视,发展更加安全可信的人工智能技术,本方向以深度学习在计算机视觉领域的应用为背景,面向黑盒模型环境,研究图像分类对抗样本的生成方法,促进深度模型的安全应用。
研究所成员目前承担有以下本科生和研究生专业课程:
研究所成员在中国大学MOOC和学堂在线开设了3门公开课,其中“大数据基础与应用”被评为国家级精品在线课程,“并行编程原理与实践”是国内目前唯一一门并行编程/并行计算领域的慕课。
● 并行编程原理与实践
https://www.icourse163.org/course/BIT-1470418179 ;https://www.xuetangx.com/course/bit0809bt0186
● 大数据基础与应用
https://www.icourse163.org/course/BIT-1205834821
● 软件工程与软件自动化
https://www.xuetangx.com/course/BIT08091000031
研究所师生经常参加国内外相关领域的竞赛并多次获奖,如世界大学生超级计算机竞赛(ASC)、全国大学生计算机系统能力大赛、国产CPU并行应用挑战赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛等。
研究所在职人员:王一拙、张全新、闫波、高玉金、卫晋、张艳、王贵珍