浮点数数据的高效实时压缩方案

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"快速高效浮点数据压缩技术" 在大规模科学模拟代码的运行过程中,通常依赖于集群中的CPU处理大量数据,这些数据以时间步的形式写入或读取单一文件系统。随着数据集规模的持续增长,这可能导致输入输出(I/O)瓶颈,特别是在数据生成速率超过可用带宽时,计算性能会显著下降,CPU资源闲置。因此,数据压缩成为解决这一问题的有效手段,通过占用部分CPU周期来减少传输的数据量,从而缓解I/O压力。 然而,大多数现有的压缩算法是为离线使用设计的,目标是最大化压缩比,而不是在线实时性能。它们往往采用将浮点数值量化到均匀整数网格的方式,这对于那些必须保留精确值的应用场景并不适用,比如数值模拟、机器学习等领域。 本文提出了一种简单且健壮的无损在线浮点数据压缩方案,旨在无缝融入大型科学模拟集群的I/O操作流程。该方法特别之处在于其数据依赖的预测插件机制,使其能够适应各种不同类型和结构的数据,包括但不限于气象模型、粒子模拟等对精度要求高的领域。这种在线压缩策略允许实时进行数据处理,提高了整个系统的效率,同时避免了数值失真,确保了结果的准确性。 为了实现这个目标,我们的方案可能包括以下关键技术: 1. 流式压缩:算法设计为连续处理数据流,而不是一次性处理整个文件,这样可以在不影响实时性能的同时进行压缩。 2. 动态预测:利用先前数据的统计特性,通过数据依赖的预测来估计当前数据的可能性,从而减少冗余信息的存储。 3. 自适应量化:针对不同精度需求,灵活地调整量化粒度,既能节省空间,又能保持必要的精度。 4. 并行化:为了进一步提高效率,可能采用多核或分布式计算架构,使压缩过程与计算任务协同进行。 5. 解压性能优化:为了确保在解压缩阶段的高效性,可能采用了优化的数据结构和快速的算法。 6. 错误校验与恢复:为了保证数据完整性,可能会包含冗余信息或使用纠错编码,即使在压缩过程中发生错误也能恢复数据。 总结来说,本文提供的是一种创新的浮点数据压缩策略,旨在通过兼顾性能和精确度,有效应对大规模科学计算中日益严重的I/O挑战,提升集群的整体效能。

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2023-06-09 上传