面向资源受限星载异构高性能计算的鲁棒可行域建模

《Scientific Reports》：Robust feasible-domain modeling for resource-constrained spaceborne heterogeneous high-performance computing

　　

摘要

星载异构计算机必须在一个任务窗口内完成感知、预处理、人工智能推理、压缩和数据回传。仅凭处理器吞吐量不足以作为完整的指导依据，因为任务放置同时决定了计算、传输、能耗、峰值功率、热积累和可靠性风险。我们开发了一种可复现的可行域工作流程，在多目标选择之前筛选兼容性、瞬态内存、截止时间、周期、峰值功率、循环温度和分段可靠性。其可执行模型结合了有向任务图、任务依赖的 Roofline 能力、映射引起的通信、基线增量能耗、一阶 RC 递推和有界扰动。对合成六任务案例的直接枚举在时序和容量检查后将 4096 个 CPU/GPGPU/NPU/FPGA 映射减少至 18 个，并在热筛选后减少至 15 个。与标称的面向能耗的映射相比，鲁棒选择多使用了 1.51% 的能耗，并将完成时间缩短了 122.701 毫秒。在声明的扰动强度下，1000 个带种子重放样本中未观察到任何截止时间违规；Wilson 95% 置信上限为 0.383%。由于输入是不含硬件测量的理论模型参数，该研究支持可复现的设计筛选，并不对飞行系统性能做出任何声称。