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基于OpenCL异构计算的数据协调系统设计论文设计

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中 文 摘 要近年来,计算机技术得到了飞速发展,信息的安全保障越来越被重视,量子通信成为社会关注的焦点。量子通信过程中任何窃听行为都会对量子密钥产生扰动,基于量子不可克隆定理、海森堡测不准原理,通信双方会及时发现并采用有效措施,从 而 保 证 了 量 子 通 信 体 系 的 无 条 件 安 全 性 。 量 子 密 钥 分 发 ( Quantum Key Distribution,QKD)作为量子通信的重要分支,广泛受到人们的关注。QKD 分为两种 , 连 续 变 量 量 子 密 钥 分 发 ( Continuous Variable Quantum Key Distribution,CVQKD)和离散变量量子密钥分发(Discrete Variable Quantum Key Distribution,DVQKD)。CVQKD 相比 DVQKD,制备简单、成本较低,因而被越来越多的国内外学者所关注。但是,相比 DVQKD ,当前的 CVQKD 的传输距离较短,数据协调作为CVQKD 的后处理对上述问题的解决具有关键意义。本文针对当前 CVQKD 协调速率低问题,对加速协调速率做了以下工作:1.为了使 OpenCL(Open Computing Language)的内核函数的参数符合 OpenCL规范,设计了静态交叉双向循环链表存储大规模稀疏校验矩阵,极大地降低了空间复杂度,实现了稀疏矩阵的一维线性表示,为链表式结构并行式计算提供了范例。2. 实现了基于 OpenCL/GPU 异构平台的多维数据协调算法。采用 NVIDIA Tesla K40C 作为 GPU 设备,使用 OpenCL 以及 C/C++语言进行代码仿真,实现了基于CPU/GPU 数据协调加速方案。并与原 CPU 的串行译码速率进行比较分析。3. 实现了基于 OpenCL/FPGA 异构平台的多维数据协调算法。采用 DE5a-Net 开发板作为 FPGA 异构平台,同样地,利用 2 中的 GPU 代码进行结构优化,使之能够在 FPGA 开发板上顺利实现。并将结果与 CPU/GPU、CPU 的协调速率进行比较,分析优劣。通过对比实验结果,得出以下结论。1)本实验基于 OpenCL/GPU 的异构数据协调系统,SEC 协调算法可以产生 146kb/s 的原始密钥速率,多维数据协调实现了218.2kb/s 的协调速率。与单纯的 CPU 实现相比,速度分别提高了近 7.4 倍和 11 倍。2)由于缺乏对 FPGA 流水线任务并行的熟悉,只是实现了 GPU 异构代码的简单移,而导致了本次实验 SEC 以及多维数据协调系统在 OpenCL/FPGA 异构平台下的速率低下,分别为 14kb/s 和 29.3kb/s,计算速度的提升仍需实验室继续探索。关键字:...

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