地震信号 matlab，地震信号去噪

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地震信号 matlab

简介

数学计算库是使能处理器在数值计算领域的基础程序库，是项目计算.科学计算.AI 计算的基石啦。大多数物理.项目疑都能转化成线性方程组求解疑，而高能的数学计算库是表现硬件算力的基石啦。

以 BLAS（Basic Linear Algebra Subprograms，根本线性代数运算函数库的标准）为例啦。BLAS 最先是由美国能源部（Department of Energy）于 1979 年公布的了。此前，每一个应用程序都要手动完成线性代数算法，而这一些算法又要不一样的数据结构和运算方法了。

为了处理这一个疑，美国能源部建立了 BLAS 标准，经过为容易见到操控（如向量乘法.矩阵乘法.向量加法等）定意共用接口，使得客户可以在不一样的和电脑架构上重用一样的编码了。一开始的时候的 BLAS 标准包括 40 个 Fortran 言语函数，用在实行容易见到的线性代数运算啦。

跟着时间的推移，标准还进行了升级和扩大，增添了更多的函数和特征呢。BLAS 早已经变成1个宽泛运用的标准，可以供应高能的线性代数运算，同时间也是好多高性能库的基础，如 OpenBLAS.MKL 等了。

跟着计算机技术的发展和日渐宽泛的运用，数学计算库也不停演进，经常用函数早已经到达一万个，版本多种多样，也变成巨擘掌握程序生态的关键方法啦。

Intel MKL 数学计算库发展时间轴

高性能数学计算库的情况

数学计算库重要包含线性代数库.信号处理.向量数学库.根本数学函数库（Libm）.PDE 种种 Solver，其大体范畴拜见 “附件 1吧”啦。

程序版本也多种多样，有专一于领域的数学计算程序，也有做事于某类处理器的数学计算程序，其它差异性还表现在以下多个方面

做事于处理器的基础数学计算库版本了。Intel 的 MKL 数学计算库，只支-持 x86，源代码不开源，并领先支-持 Intel 处理器，同时间在 x86 生态，MKL 库的运用也最为宽泛，原因重要是发展早，以及 Intel 处理器在高性能计算领域的市场占有率极高有关系了。华为（HUAWEI）的 KML 数学计算库支-持华为（HUAWEI）鲲鹏 ARM 处理器，不开源，根据 “鲲鹏运用使能套件 BoostKit 准许协定呀” 描写，仅面对签订该协定或许在鲲鹏硬件受权运用该软件包了。澎峰科技的 PerfMPL 早已经支-持了几种主要流派指令集，如 RISC-V.x86.ARM.RISC-V 等指令集，并面对领域供应定向改进版本，贸易版本不开源啦。还有 CUDA 这一类的 GPU 并行数学计算库（cuBLAS.cuFFT 等），用在 NVIDA 的 GPU 卡编程，其它公司是不是可以运用 CUDA 计算库，律法受权存疑了。
做事于领域的数学计算程序了。比方，世界著名的开源行业 OpenBLAS 供应 BLAS 运算才能啊；FFTW 完成迅速傅里叶变化（Fast Fourier Transform）了；LAPACK（Linear Algebra Package）供应高档线性代数算法，如矩阵分解.特征值和特征向量计算等啊；VSIPL 重要用在向量.信-号和图像处理库了；PETSc 则供应更丰厚有些的功效，如非线性求解.最优化.分散事情模仿和信号处理等了。事实上，可以称为数学计算库或许计算中间件的程序还有很多啦。
其它要关心的差异性

种种数学计算库程序存在开源.闭源的差异性啦。处理器公司自立开发的数学计算库平时是闭源，即便是可以运用，也随时随刻面对版权具有方受权协定的改变和啦。某一些开源库协定商用不友善（比方 FFTW 是 GPL 协定，运用会致使物品全部编码被传染，将面对强迫开源）呢。
计算功能和计算精度疑，这两点在高性能计算领域尤为关心了。因此，在运用开源程序作为贸易做事的一小部分时，要注重啦。
支-持的编程语言存在差距了。OpenBLAS 除支-持 C 和 C++ 之外，还支-持 Fortran.Python.R.Julia.MATLAB.Java 等编程语言啦。
支-持的操作系统存在差距呢。Intel MKL 支-持 Windows.Linux.macOS了；OpenBLAS 支-持 Linux，macOS，Windows，BSD，Android/iOS了；华为（HUAWEI） KML 重要支-持 Linux 有关操作系统了。

发达国家都将并行化的数学计算库作为其基础程序的长时间发展重点啦。比方1993 年，遭到高性能计算机系统上的并行计算需要的推行，PETSc（Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation）行业正式发动，由美国加州大学圣巴巴拉分校计算科-学研究所的数学和计算科-学研究组（Mathematics and Computer Science group of the Institute for Computational Sciences）发动和开发，目标是为了供应1套并行的数学程序库，用在高能地处理大规模科学计算的疑啦。

现如今，PETSc 被宽泛地运用于涡流，油藏模仿，光电学，电磁学，地震学，心肌模仿，冲撞模仿，天文学，机械研习等研究领域了。

数学计算库的研制与发展，对1个国家（country）在芯片（chip）设计.算法开发和运用情景多形成着十分主动的意思和主要的用处了。

软硬融会发展示意图

高性能数学计算库的运用

高性能数学计算库对 EDA.CAE.微电子项目等项目计算领域，表现着主要的用处，支-持并行计算和异构计算的数学计算库也是近年来的研究重点，如

利用 CPU 的加快指令集进行算法加快啦。
GPU 并行算法加快
大规模集群并行计算

长期以来，海外为了掌控我们国家高科技领域的发展，约束高性能的计算程序向中国客户供应呢。高性能数学计算库推行着科研的提高，也项目运用的效果了。以下以多个经典的领域，推荐高性能数学计算库对运用的主要意思呢。

【CFD 程序】线性代数库用在解方程式，如求解矩阵方程和求解特征值和特征向量了。最优化库用在改进 CFD 模拟计算的效果和准确度啦。数值积分库用在对数学函数进行数值积分，如有限差分办法啦。随机数变成库用在形成随机数，这在很多 CFD 运用中是必需的呢。偏微分方程（PDE）求解库用在求解有些非线性 PDEs，如 Navier-Stokes 方程和热传达方程等呢。

【CAE 程序】建模和仿真数学计算库可以供应种种模仿算法和数值办法，如有限元法.有限差分法等，用在建模和仿真机器.电气.力学.热力学等领域的物理现象了。改进设计数学计算库供应种种改进算法，如遗传算法.模拟退火算法等，用在对 CAE 仿真模型进行设计和改进，以获取更加好的功能和效果啦。数据分析数学计算库供应种种数学函数和统计算法，用在剖析和处置模仿数据，以获取有效的短信和洞见啦。机械研习数学计算库中还供应了机械研习和数据挖掘的算法和工具，这一些技能可以用在改进 CAE 仿真模型.辨别模仿数据中的形式和反常，然而扶助工程师更加好地了解和改良设计啦。

【微电子项目】计算光刻办法是1种经过计算机控制形成高分辨率图形的生产工艺（Craft），运用光刻光刻机将外源干预光栅（如二极管激光器）的输入经过透镜等光学元件照射到硅晶圆外表上，随后进行化学及物理反应变成微电子芯片（chip）的微电路了。数学计算库表现着主要的用处了。

模型建设计算光刻触及到光学.物理.化学等几个领域的文化，要运用数学模型进行疑的数值求解了。数学计算库可以供应种种数值计算算法和迅速计算技术，如有限差分法.有限元法等，以建设牢靠的计算模型呢。
仿真计算数学计算库可以处置批量的数据和繁杂的计算任-务，可以在短期内对全个光刻经过进行仿真计算，然而预料和改进光刻经过的各个环节啦。
改进设计计算光刻触及到的疑非常复杂，要经过改进设计来提升制作效果和芯片（chip）品质啦。数学计算库可以供应种种改进算法，如遗传算法.粒子群算法等，以提升光刻制作的效果和芯片（chip）品质了。

【EDA 领域】在电路仿真中 Sparse LU Factorize（稀少 LU 分解）占到仿真时间的 70%，小规模矩阵计算的改进可以提高计算效果了。

【AI 领域】以语音辨别的 DNN 推理为例，推理经过挪用 GEMM 占比 80% 之上啦。经过对 OpenBLAS 的 GEMM 部分改进，表现 SIMD.多核并发，计算功能提升 26% 之上啦。

国产高性能数学计算库 PerfMPL

张先轶（中科院学士）于 2011 年发动 OpenBLAS 开源行业，OpenBLAS 是1个改进的 BLAS 库，被广泛应用于科学计算.数据分析.深度研习算法.人工智能等领域，被 Caffe.MXNet.Julia.Ubuntu.Debian.openSUSE.GNU Octave 等著名行业集成啊；OpenBLAS 也被用作为种种处理器体系开发包的基础程序之中的一个啦。

PerfMPL 是以 OpenBLAS 为发展基础，通过几十年发展逐渐覆盖至 FFT（迅速傅立叶变化）.SPARSE (稀少矩阵计算库）.MATH（基础数学库）.VML（Vector Math Library 向量数学库）.DNN（Deep Neural Networks 深度神经网络）.PerfIPP（图像处理等）等计算库啦。

PerfMPL 根据澎峰科技具有自立知识产权的一统数学函数库技能累积，经过目的性改进.完好.裁剪等方法，发展出两大分支版本

PerfMPL for 共用算力，重要面对 CPU 指令集啦。重点支-持 x86.ARM 和 RISC-V 高性能共用处理器呢。
PerfMPL for 专门使用算力，重要面对 GPU.NPU.ASIC.FPGA 和各种 DSA啦。

自立研制的源代码，也使得澎峰科技可以为特定领域供应加快计算做事和领域数学计算库，并重点支-持国产的 CAE.EDA.信号处理.计算光刻等领域呢。

澎峰科技的程序加快计算理论体系是模型制导.算法支持.改进支-持.功能为王，具体到 PerfMPL 而言

PerfMPL 重要改进战略如以下

功能驱动的改进模型创建技能
面对繁杂体系结构的新式并行算法设计
根据模板的高性能汇编编码自行变成技能
情景和运用感知兼顾的功能自适合改进技能结束语

总的看，高性能数学库早已经历经了几个阶层的发展和演化，而且跟着计算机硬件技能的不停提高，数学库的功效和效果也在不停地提升了。从一开始的时候的基础数学函数库到现如今可以进行繁杂科学计算的数值计算库，高性能数学库的发展为科学计算和项目运用供应了强盛的支-持了。

以后，咱们可以期望更高能.更智能的数学库的降生，这将会为处理更为繁杂的疑供应更加好的工具和支-持了。另外，高性能数学库的发展也在国家（country）自立可以控制战略方针中扮演着主要的角色啦。

在目前全世界科技改进竞争日渐猛烈的背景下，高性能数学库的自立研制和掌控，关于保证国家（country）信息安全.提升核心技术自立可以控制才能和推行经济发展拥有非常主要的战略意义呢。咱们坚信，在政局和公司一起努力下，高性能数学库的发展将在国家（country）自立可以控制战术的支-持下迈上新的楼梯了。

附件 1:

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