基于排队论的三值光学计算机性能分析与评价

How to improve the computing speed is a major problem all over the world. Optical computing is a valid way to solve it. Ternary optical computer(TOC), a novel type of computing paradigm, can provide services with high performance and security. However, our previous studies have found that both its task scheduling strategies and optical processor allocation strategies lack further investigation from a performance perspective. Therefore, a novel method is needed to analyze and evaluate the TOC performance. This project will carry on foundational and scientific investigation on the law of performance influence by the factors such as strategies, using queuing theory, numerical simulation and performance-test experiment. The contents are as follows. Theoretically analyze task scheduling strategies and optical processor allocation strategies, and clarify their formal definitions; Research the service models of TOC performance analysis and evaluation based on queueing theory and solve them by simulating numerically; Model the TOC service performance indicators to quantitatively express and predict them by use of performance-test experiment. This project aims to reveal the influence law of various factors on the performance. In addition, it will lay theory and technology foundation for the TOC performance analysis, evaluation and effective improvement, and the performance analysis and evaluation of other parallel computing platform.

如何提高计算速度是世界各国面临的重大难题，光计算是解决该问题的有效途径。三值光学计算机作为一种新型计算资源，可为用户提供具有高性能和安全性的服务。然而，本课题组前期研究发现其任务调度策略和光学处理器分配策略都没有从系统性能角度开展深入研究，亟需新的方法以分析与评价三值光学计算机系统性能问题。本项目以三值光学计算机性能为研究对象，采用排队论技术、数值仿真技术和实验室性能测试试验技术相结合，对策略等因素影响系统性能的规律进行基础科学研究。具体内容包括：理论分析任务调度策略和光学处理器分配策略，并阐明其形式化定义；研究三值光学计算机服务性能分析与评价的排队论建模与数值求解；通过实验室性能测试试验，建立三值光学计算机服务性能指标的定量表达与预测模型。旨在揭示诸因素对系统性能的影响规律，为三值光学计算机系统性能分析与评价、有效提高系统性能以及其他并行计算系统的性能评价奠定理论和技术基础。

如何提高计算速度是世界各国面临的重大难题，光计算是解决该问题的有效途径。三值光学计算机作为一种新型计算资源，可为用户提供具有高性能和安全性的服务。然而，前期研究发现其任务调度策略和光学处理器分配策略都没有从系统性能角度开展深入研究，亟需新的方法以分析与评价三值光学计算机系统性能问题。本项目以三值光学计算机性能为研究对象，采用排队论技术与数值仿真技术相结合，对策略等因素影响系统性能的规律进行基础科学研究。具体内容包括：理论分析任务调度策略和光学处理器分配策略，提出新的适合三值光学计算机的策略；研究三值光学计算机服务性能分析与评价的排队论建模与数值求解；建立三值光学计算机服务性能指标的定量表达与预测模型。本项目构建了基于排队论的三值光学计算机系统性能分析与评价理论与方法体系，提出了多种基于排队论的三值光学计算机服务模型以及新的适合三值光学计算机的任务调度策略及相应的调度算法和处理器分配算法，建立了不同调度策略下三值光学计算机不同性能指标的数学模型。同时，研究其他排队模型及其性能，进一步研究三值光学计算机系统软件及其在数值计算和信息安全方面的应用。项目组成员发表相关研究论文21篇，其中SCI收录9篇，EI收录8篇，会议论文6篇，尚有3篇论文在审；申请7项发明专利，其中授权专利3项、国际发明专利1项，且3项授权专利已全部转让。培养硕士研究生4名和青年科技骨干教师3名。举办国际学术会议1次，国内学术会议1次，参加国际和国内学术会议20余人次，进行项目调研6人次。资助经费52万元，尚结余15.61万元。项目进展顺利，圆满完成预期目标。该项目的成果为三值光学计算机系统性能分析与评价、有效提高系统性能以及其他并行计算系统的性能评价奠定理论和技术基础，为三值光学计算机性能的提升奠定理论和工程实践基础。三值光学计算机在数值计算、信息安全等方面的应用将进一步展现其计算潜力。