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出版者:McGraw-Hill Science/Engineering/Math

作者:Alberto Leon-Garcia

出品人:

页数:928

译者:

出版时间:2003-07-16

价格:$ 249.17

装帧:Hardcover

isbn号码:9780072463521

丛书系列:

图书标签:

• 通信网络
• 网络技术
• 数据通信
• 计算机网络
• 网络协议
• 无线通信
• 网络安全
• TCP/IP
• 网络架构
• 通信工程

深度解析：后摩尔时代计算架构与量子信息交叉前沿 图书名称：《超越硅基：异构计算、神经形态与后量子密码学》 内容提要 本书是一部聚焦于当前计算科学与信息安全领域最尖端、最具颠覆性潜力的研究方向的深度综述与前瞻性探讨。它并非仅仅停留在对现有技术的梳理，而是旨在构建一个多学科交叉的知识图谱，揭示在摩尔定律红利逐渐消退的背景下，驱动下一代信息技术革命的核心驱动力。本书面向资深工程师、科研人员、高校高年级学生及对未来计算技术有强烈探究欲的读者。 全书分为四个宏大的部分，层层递进，从硬件基础到软件范式，再到信息安全壁垒的重构，构建起一个完整的“后摩尔时代”技术栈。 --- 第一部分：异构计算的深度融合与能效优化 (The Convergence of Heterogeneous Computing) 在冯·诺依曼架构面临功耗墙和数据搬运瓶颈的当下，单一处理器已无法满足AI、大数据和高性能计算（HPC）的爆炸性需求。本部分深入剖析了如何通过精妙的硬件异构来突破这些限制。 第一章：多核并行与片上系统（SoC）的演进 本章详细考察了从传统CPU到现代SoC的演变路径。重点分析了流水线深度、缓存一致性协议在面对大规模并行任务时的局限性。讨论了基于非一致性内存访问（NUMA）架构在处理超大模型训练时的内存瓶颈，并引入了Chiplet（芯粒）技术作为解决先进制程良率挑战的有效途径。着重分析了Chiplet间的互联技术，如UCIe标准及其对异构集成的影响。 第二章：加速器架构的范式转移 本书不满足于泛泛而谈GPU或FPGA，而是深入到特定领域加速器的内部设计哲学。 GPU核心架构的再审视： 详细解析了SIMT（单指令多线程）模型在深度学习中的适用性边界，以及其在稀疏计算和非结构化数据处理中的效率衰减问题。 领域特定架构（DSA）的崛起： 以TPU（张量处理单元）为例，剖析了脉动阵列（Systolic Array）如何通过空间局部性优化数据流，实现能效比（TOPS/Watt）的极致提升。探讨了DSA设计流程的自动化工具链。 可重构计算（FPGA/CGRAs）： 深入研究了可重构逻辑单元的互联拓扑优化，以及如何利用高层次综合（HLS）工具链加速算法向硬件描述语言的映射过程，实现快速原型验证。 第三章：内存与存储层级的革命 数据访问延迟已成为计算瓶颈的“阿喀琉斯之踵”。本章聚焦于如何打破CPU与内存之间的“内存墙”。 近存计算（Processing-in-Memory, PIM）： 详述了基于RRAM、MRAM等新型非易失性存储器实现的模拟计算（Analog Computing）和混合精度计算的可行性。重点分析了PIM阵列中的数据映射、唤醒与精度损失的平衡策略。 计算存储一体化（Processing-in-Storage, PIS）： 探讨了将简单的过滤、聚合操作下沉到SSD控制器或NAND闪存内部的可能性，以减少主机与存储设备间的数据传输量。 --- 第二部分：神经形态计算与类脑智能的硬件实现 (Neuromorphic Computing and Brain-Inspired Hardware) 本部分将焦点投向模拟生物神经系统的计算模型，探寻超越传统数字计算的另一种可能性。 第四章：脉冲神经网络（SNN）的基础与优势 SNN被视为第三代神经网络，其事件驱动（Event-Driven）的特性使其在功耗方面具有固有优势。 生物学神经元模型的数字化： 深入解析了LIF（Leaky Integrate-and-Fire）模型的数学基础，并探讨了更复杂的Izhikevich模型在模拟神经可塑性方面的应用。 时间编码与信息传输： 讨论了基于时间差（Time-to-First-Spike, TTFS）和脉冲频率的编码机制，及其在低功耗传感器融合任务中的优势。 第五章：神经形态芯片架构设计 本章详细拆解当前主流的神经形态硬件平台的设计理念。 异步与事件驱动流水线： 分析了如何设计完全异步的神经元和突触逻辑单元，以避免传统同步电路中空闲时钟周期的能耗。 突触权重存储与更新： 重点研究了基于忆阻器（Memristor）阵列实现高密度、可塑性突触的挑战。包括忆阻器的非理想特性（如漂移、噪声）如何影响学习算法的收敛性。 可塑性学习算法的硬件映射： 探讨了STDP（Spike-Timing-Dependent Plasticity）等无监督学习规则如何直接在硬件层面进行高效实现，从而摆脱对大规模反向传播的依赖。 --- 第三部分：量子计算基础与容错机制 (Foundations of Quantum Computation and Error Correction) 本书对量子计算的讨论，侧重于其实用化进程中必须攻克的工程学和物理学难关。 第六章：量子比特的物理实现与退相干控制 本章对比分析了当前主流的量子比特平台的技术成熟度（TRL）。 超导电路（Transmon）： 详述了微波驱动下的量子比特操控技术，以及耦合器设计对多体纠缠门操作的影响。重点分析了腔体QED（光与物质的相互作用）如何用于量子总线和读出机制。 固态系统（量子点与色心）： 探讨了半导体量子点中电子自旋作为量子比特的潜力，及其在扩展性方面的优势，以及对材料均匀性的苛刻要求。 第七章：容错量子计算的理论与实践 量子态的脆弱性决定了量子计算的实用性严重依赖于有效的纠错码。 表面码（Surface Code）的拓扑结构： 详细解释了表面码的原理，包括其阈值理论和对物理比特连接性的要求。分析了逻辑门操作如何通过“甜甜圈”或“魔术穿梭”（Magic State Distillation）在物理比特上实现。 解码算法： 深入研究了现实噪声模型下，高效且低延迟的经典解码算法（如最小乘积解码）在量子错误修正循环中的应用。 --- 第四部分：后量子密码学与信息安全新范式 (Post-Quantum Cryptography and New Security Paradigms) 随着量子计算机威胁的临近，传统的公钥基础设施面临颠覆。本部分专注于提供能够抵抗量子攻击的替代方案。 第八章：格密码学的数学基础与实现 格密码学是目前最有希望取代RSA和ECC的后量子公钥体制。 Lattice Problem的困难性： 深入剖析了SVP（最近向量问题）、CVP（最近平面问题）以及LWE（带误差学习问题）的数学难度，并讨论了这些问题在NP难和BQP难度之间的定位。 KYBER与Dilithium的结构： 对NIST标准化的格基密钥封装机制（KEM）和数字签名算法进行详细的数学推导和安全分析，包括其对模数选择和循环结构优化的要求。 第九章：其他抗量子密码体制 除了格密码，本书还探讨了其他具有潜力的替代方案。 基于哈希的签名（Merkle Trees）： 分析了LMS/HBS的长时间安全性与状态维护开销之间的权衡。 编码理论密码（McEliece）： 阐述了基于纠错码的加密原理，并讨论了其巨大的公钥尺寸问题及其在特定应用场景下的可行性。 结语：计算生态的未来重构 本书最后总结了异构计算、神经形态与量子技术之间的潜在协同效应，预测未来计算系统将是高度专业化、多物理层级融合的复杂实体，对算法、软件栈及安全协议都将提出前所未有的挑战与机遇。

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真没怎么看。。。网络什么很崩溃。。。还好那边考试比国内还水。。。。

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