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| 編輯推薦： |
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适读人群 ：研究生、科研人员、从业者等◆中国计算机领域具有重要突破或重要创新的博士研究生科研成果◆2021年度CCF优秀博士学位论文奖◆对编程难题的探索与思考◆分形几何思维在计算系统领域的创新应用◆来自“寒武纪”系列智能处理器系统软件的研发者
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| 內容簡介： |
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《分形计算系统》由中国科学院计算技术研究所智能处理器研究中心特别研究助理赵永威撰写，内容荣获2021年度CCF优秀博士学位论文奖。全书针对并行编程难、异构编程难、大规模系统编程难、跨系统编程难等诸多编程难题，受到分形几何思想的启发，提出了分形计算的概念，以回应编程难题。《分形计算系统》的具体贡献可概括为三点：第一，提出了分形计算模型；第二，提出了分形冯·诺依曼体系结构；第三，提出了可重配分形指令集结构。《分形计算系统》共五章：第1章 绪论，主要介绍了研究背景、研究问题和研究内容。研究问题介绍了编程难题、问题来源和全书聚焦的问题。研究内容介绍了分形计算系统的主要原理、组成部分以及全书做出的主要贡献。第2章 分形计算模型，首先介绍了相关研究内容、模型、实例和性质，又从执行开销、模拟执行、性能比较等方面介绍了分形计算模型的优势。第3章 分形冯·诺依曼体系结构，首先介绍了机器学习计算机的案例背景，其次介绍了分形冯·诺依曼体系结构，然后介绍了分形机器学习计算机Cambricon-F、编程和执行方式，*后展示了实验方案和实验结果。第4章 分形可重配指令集机构，重点介绍了分形指令集结构的失效现象、分形可重配指令集结构、Cambricon-FR结构支持、专用编程语言，并且展示了实验方案和实验结果。第5章 讨论与总结，对全书的研究内容进行了讨论和总结，并对未来的研究工作进行了展望。
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| 關於作者： |
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赵永威，中国科学院计算技术研究所智能处理器研究中心特别研究助理、博士后。于2015年在华中科技大学获得学士学位，于2020年在中国科学院大学获得博士学位，获2021年度CCF优秀博士学位论文奖。曾参与了“寒武纪”系列智能处理器的系统软件研发工作，目前从事体系结构领域基础研究，已发表学术论文10篇。
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| 目錄：
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第1章 绪论 1.1 研究背景 1 1.2 研究问题 5 1.2.1 编程难题 5 1.2.2 问题来源 7 1.2.3 本书针对的问题 11 1.3 研究内容 11 1.3.1 主要原理 12 1.3.2 分形计算系统的组成 12 1.3.3 本书的主要贡献点 15第2章 分形计算模型 2.1 相关工作 17 2.2 模型 21 2.3 实例 24 2.3.1 简单并行算法 25 2.3.2 分治算法 27 2.3.3 动态规划算法 29 2.3.4 示例程序的执行 32 2.4 性质 35 2.5 实例的执行开销 41 2.6 在分形计算机上模拟执行 46 2.7 与其他并行计算模型的比较 48 2.8 小结第3章 分形冯·诺依曼体系结构 3.1 案例背景介绍：机器学习计算机 51 3.2 分形冯·诺依曼体系结构概况 53 3.3 机器学习应用负载的分形表示 57 3.3.1 共性计算原语 57 3.3.2 分形运算 59 3.4 分形机器学习计算机Cambricon-F 61 3.4.1 指令集结构 61 3.4.2 控制结构 62 3.4.3 流水线 67 3.4.4 内存管理 68 3.5 编程和执行方式 71 3.5.1 编程 71 3.5.2 执行 73 3.6 实验 3.6.1 实验方案 3.6.2 实验结果 3.7 小结第4章 分形可重配指令集结构 4.1 分形指令集结构的失效现象 86 4.2 分形可重配指令集结构概况 90 4.3 Cambricon-FR 结构支持 93 4.4 专用编程语言 95 4.5 实验 100 4.5.1 实验方案 100 4.5.2 实验结果 4.6 小结 106第5章 讨论与总结 5.1 讨论 107 5.2 未来研究工作展望 112 5.3 总结 114
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| 內容試閱：
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在许多领域，编程成本已经成为阻碍计算机技术应用发展的主要瓶颈问题：超级计算机性能走向百亿亿次级别，然而现代超级计算机发展趋势是采用异构运算部件，导致编程困难的问题越来越严重；在物端边缘计算领域，设备数量和种类呈爆炸式增长，而应用程序开发者不可能针对上百亿种异构设备进行编程，因此产生了“昆虫纲悖论”在机器学习领域，编程框架TensorFlow的代码规模已经突破400万行，因此为机器学习或深度学习开发领域特定加速器产品的成本主要来源于配套软件生态的研发。编程难题有并行编程难、异构编程难、大规模系统编程难、跨系统编程难等诸多表现形式。《分形计算系统》拟提出分形计算概念，通过分形计算系统的研究解决编程难题。具体来说，分形计算系统为来源于“编程-规模相关性”的编程难题提供了解决方案。
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