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高效能可扩展边缘计算体系结构关键技术研究

批准号:
62072465
项目类别:
面上项目
资助金额:
56.0 万元
负责人:
蔡志平
学科分类:
计算机系统结构与硬件技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
蔡志平

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
万物互联和人工智能对大数据实时处理的计算需求,对已有计算模式和系统架构带来巨大挑战,边缘计算正在成为新兴万物互联应用的支撑架构。本课题针对边缘计算环境中,系统结构可扩展性不强、算力和计算效能不足、存储和I/O性能不高、应用需求多样等挑战,从三方面开展创新性研究:1)在动态可扩展系统架构设计方面,研究基于软件定义的异构计算资源池化管理技术、边缘应用服务能耗建模与估测方法;2)在边缘节点的计算效能增强方面,主要研究满足边缘节点功耗和算力约束的人工智能FPGA加速器体系结构;3)在边缘存储和I/O性能优化方面,研究边缘数据的高效预取与自适应缓存替换策略、面向云-边-端协作缓存的联合学习策略。研究成果将为研制高效能可扩展边缘计算系统提供基础构建方法和技术支撑。
英文摘要
With the rapid development of the Internet of Everything and artificial intelligence, the ever-expanding data scale and the real-time data processing have brought huge challenges to the existing computing models and systems. Edge computing is becoming the supporting infrastructure for the emerging Internet of Everything applications. Aiming at the challenges of weak structure scalability, insufficient computing power and efficiency, limited storage and I/O performance, and diverse application requirements in the edge computing environment, this project intends to carry out innovative research from three aspects: (1) In the aspect of dynamic and scalable system architecture design, we mainly study software-defined heterogeneous computing resource pooling management technology, and edge energy consumption modeling and assessment strategy. 2) In terms of enhancing the computing efficiency of edge nodes, we focus on the FPGA accelerator architecture for edge AI that meets the constraints of edge node power consumption and computing power. 3) For storage and I/O performance optimization, we study structure optimization of efficient prefetching and adaptive cache replacement strategies, and a cooperative learning strategy for cloud-edge-end collaborative cache. The prototype system will be designed and implemented for verification. The research results will provide basic construction methods and technical support for the development of high-efficient and scalable edge computing systems.
万物互联和人工智能对大数据实时处理的计算需求,对已有计算模式和系统架构带来巨大挑战,边缘计算正在成为新兴万物互联应用的支撑架构。本课题针对边缘计算环境中,系统结构可扩展性不强、算力和计算效能不足、存储和I/O性能不高、应用需求多样等挑战,从动态可扩展系统架构设计、边缘节点的计算效能增强和边缘存储性能优化方面三方面开展创新性研究。研究成果可以为研制高效能可扩展边缘计算系统提供基础构建方法和技术支撑。. 四年以来,本项目按计划要点,在高效能可扩展边缘存储技术、边缘优化技术和隐私增强的边缘计算等方面取得较大进展。在TPDS、ToN、TIFS等国际顶级期刊和SIGMOD、INFOCOM等国际顶级会议上发表论文32篇,其中包括ACM/IEEE Transaction系列论文6篇,CCF A类会议/期刊论文13篇,ESI高被引论文3篇。项目执行期间项目负责人以第一发明人身份申请并授权国家发明专利16项。获得国际会议最佳论文奖和提名奖各1次,并获得“湖南省自然科学二等奖”、“海南省科技二等奖”、“湖南省科技创新领军人才”等学术奖励。项目执行期间,培养博士生毕业16人,硕士生毕业21人。指导的博士生获得“CCF互联网专委优秀博士论文”、“ACM长沙优秀博士论文”(3人次)、“ACM China SIGWEB优秀博士论文”(2人次),指导的5名硕士生分别获得“全军优秀硕士论文”和“湖南省优秀硕士论文”。. 项目研究的技术成果已应用于中国人民解放军网络空间部队、南部战区和长沙市网信办,获得网络空间部队的应用证明1份,长沙市网信办的感谢信1份。总体来说,项目按照计划进行,顺利完成了课题的研究目标和指标。
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