第二十一届全国科学计算与信息化会议暨第十二届科研信息化联盟会议

高压条件下材料的原子结构和物性会发生显著变化，是当前极具科学意义的研究前沿领域。中子散射是探测高压材料内部结构的关键手段。然而，高压中子散射实验中样品体积极小、束流通量有限，如果样品位置偏离中子束中心将严重削弱衍射信号。目前通常通过扫描方式人工定位样品中心，但该方法效率低下，无法及时优化样品位置，导致宝贵的中子束流时间浪费。针对这一难题，本文面向中国散裂中子源的高压中子衍射谱仪，进行实时数据处理与自动对准闭环控制系统的研究，实现了高压实验中样品的秒级精确定位和动态对准。通过构建流式中子数据实时处理平台，开发自适应多模型拟合算法以快速提取样品中心信号，并集成EPICS控制系统实现分析结果对实验设备的自动反馈调整。该技术路线可实时优化样品位置，显著提高高压中子散射实验的数据质量和效率，为高压条件下的材料研究提供智能化实验手段。

基于传播的X射线相位衬度成像是同步辐射设施中新兴且应用广泛的成像技术，可实现高分辨率3D结构重建。然而，从全息图中恢复定量相位信息所需的相位恢复过程仍然是一个重大挑战。现有的软件解决方案面临性能瓶颈和硬件支持方面的限制等问题。在此，我们基于CUDA-MPI架构开发了高性能的全息系统软件HiHolo，并提出了几种改进的迭代相位检索算法，为实现高质量的全息重建提供了有效的解决方案。实验结果表明，与当前主流软件相比，HiHolo的性能提高了24%-37%，并且在多gpu系统中表现出接近线性的可扩展性。联合探针的AP算法通过同时优化目标和探针波场，有效地减少了传统空波束校正中的伪影；EPI方法通过计算外推技术提高有限视场的空间分辨率；此外，并行IRP算法优化了三维重建的效率，与串行版本相比，实现了约6-14倍的加速。

X射线光子相关谱技术因其在探测纳米尺度动力学行为方面的独特优势，在材料科学、软凝聚态物理和生物物理等领域应用日益广泛。然而，随着同步辐射光源亮度的提升和探测器技术的发展，XPCS实验产生的海量时间序列数据对后续计算分析，特别是自相关函数的计算，提出了严峻挑战。传统单机或简单并行化方法在处理大规模、高帧频XPCS数据时，面临着计算效率低下、扩展性不足和资源利用率不高等瓶颈问题。为应对这一挑战，本研究提出并实现了一种基于分布式计算架构的创新解决方案，其核心是采用ray框架将XPCS的大量非相关计算进行分布式处理。利用Ray的Actor模型封装核心计算任务（如mutiltau相关算法），通过其分布式任务调度能力，实现了计算任务在集群资源（包括CPU和GPU）上的动态分配与负载均衡。实际应用表明，基于Ray构建的分布式XPCS处理系统能够线性扩展计算能力，大幅缩短数据处理时间（相比单机处理速...

江门中微子实验（JUNO）的物理目标是精确测定中微子振荡参数，确定中微子质量顺序，并对超新星中微子进行观测等。为支撑上述科学目标，JUNO的在线系统需要承担实时压缩数据量，监测超新星等任务。实验团队开发了在线事例辨别、超新星爆发监测等在线算法。为此，我们设计并实现了一套面向在线场景的数据处理软件框架，以实现对上述在线算法的调度与资源管理。本报告将系统阐述JUNO在线数据处理软件框架的总体设计与具体实现。

中国散裂中子源CSNS近年来束流功率逐步提升，新建谱仪也在规模与数量上得到迅猛发展。尤其各种新型实验方法的应用，不仅数据处理环节的复杂度和性能瓶颈越发凸显，并且与实验控制的即时交互要求也越来越高。针对这一变化趋势，CSNS-中科大联合开发团队从构架上对现有的数据获取与控制系统做彻底革新，为下一代中子谱仪的数据处理与实验控制研究高性能的通用化技术方案。经过对中子谱仪的运行模式和数据流特征分析，新方案选择基于数据驱动的分布式数据流处理框架，在确保系统稳定性和冗余性的基础上，达到高并发高吞吐的传输性能。同时在此基础上引入同步标签的设计，实现了数据的高效异步处理和同步聚合，打通实验控制与数据处理之间的即时反馈。该架构已经成功应用于多条合作谱仪的建设，并在迭代升级中逐步扩展了完备的功能模组，为诸多谱仪装置提供了各种实验方法与运行模式的重要支持。

基于高能所自研的pyCXIM软件专为HEPS-BCDI而设计，但该软件目前有三方面需要完善：（1）软件只能使用命令行运行，没有友好的用户界面，使用较为繁琐；（2）二维及三维重建时，只能基于torch在单GPU上进行计算，不能使用多GPU做并行计算，这大大降低了软件的可扩展性和计算效率；（3）预处理时，HDF5文件的读入速度较慢，在全处理流程时间中占比过高。针对以上三个问题，我们开发了基于PyQt的用户界面，用户的使用会更加流畅；之后使用线程池完成了单节点多卡的并行部署，在双卡节点上验证了正确性，速度提升100%；同时，使用Numba进行了IO读入的提速，经过实际数据对比，加速比为52.17%，对于将来B4线站更大规模的BCDI数据，该项优化会有更明显的加速效果。

JUNO 实验位于中国广东省江门市，在地下700米处建造一个20万吨的液体闪烁体探测器。该探测器将用于探测中微子，包括反应堆中微子、超新星中微子、大气中微子和太阳中微子。据估计银河系中超新星的发生率仅为几十年一次，为避免错过珍贵的超新星事件，DAQ系统要尽可能减少故障时间，减少故障带来的数据丢失，以连续运行持续存储作为首要目标。本课题的主要研究内容是如何提高数据流软件的可用性，尽可能减少故障时间，减少故障带来的数据丢失。为了实现这一目标不仅需要数据流软件本身能够应对单点故障，还需要其依赖的系统服务和网络环境的可靠性。

未来高能物理实验对粒子鉴别（PID）技术提出了更高要求。传统电离能损法（dE/dx）存在分辨率限制，而原初电离计数法（dN/dx）通过统计带电粒子在漂移室中产生的原初电离数量，理论上可将分辨率提升至2%-3%，较dE/dx截断平均法提高约一倍，显著改善粒子鉴别性能。然而，dN/dx方法的实现依赖于探测器信号的全波形高频采样，带来了巨大的数据读出带宽与复杂的在线实时处理需求，对数据获取（DAQ）系统构成了核心挑战。为此，依托120通道漂移室模型实验平台，设计并实现了一套高性能数据获取软件。该DAQ架构分为两大模块：其一为作为底层的数据流模块，负责数据的稳定读出、高效校验、多种在线寻峰处理（如差分寻峰、机器学习寻峰）及持久化存储；其二为作为用户层的在线服务模块，提供核心模块的运行监控、状态管理和图形化交互接口。实验结果表明，该DAQ系统可以满足dN/dx方法所需的高数据吞吐量和实时性处理...

LACT（Large Array of imaging atmospheric Cherenkov...

同步辐射装置规模大，涉及的过程变量可达到百万量级，而接入报警系统的过程变量可达到十万量级。合肥先进光源（Hefei Advanced Light Facilty，HALF）是基于衍射极限储存环技术的第四代低能量区同步辐射装置，由国家同步辐射实验室承担建设。HALF报警系统用于监测过程变量的异常状态，发布报警消息，以便工作人员及时进行故障维修或隐患排除，对提高装置可用性具有重要意义。因此，为了保障装置的稳定运行，本文基于EPICS社区报警软件Alarms，开展了实时报警信息分发、历史数据分析和配置管理三个方面的开发和研究工作。同时，为了减少报警系统的误报率， 本文提出了一种基于数据驱动的报警死区和延时计时器的设计方法，可以有效减少滋扰报警。

中子散射实验模拟软件工具对于中子散射研究大装置的重要意义贯穿包括谱仪概念设计、中子光学器件设计、实验规划、运行监控、实验数据分析等关键环节在内的全生命周期。中子散射实验绝对强度的数据重建一直是领域内的重点需求，也是McStas、Vitesse等传统中子光学追踪软件从软件设计原理上就无法解决的难题。
Prompt（*Pan Z Y et al, Comput. Phys. Commun., 2024, 295:...

DP作为江门中微子实验（JUNO）在线事例处理的核心子系统，负责实时处理前端电子学系统每秒40GB量级的原始数据，执行在线事例分类与数据压缩等关键任务。其事例分类功能可为事例添加标签，并基于标签进行波形事例压缩，将数据传输带宽有效压缩至100MB/s以内。然而，这也导致压缩后的存盘数据无法完整反映数据处理过程中的原始状态信息。为此本研究设计并实现了一套事例监测系统，通过实时捕获并分析DP原始事例数据，并通过前端界面进行事例级信息展示，为系统高效调试与稳定运行提供实时诊断依据。系统采用两套数据采集架构：一方面通过嵌入DP进程的队列直接访问组装后事例数据，规避数据拷贝开销；另一方面借助ZeroMQ通讯库将指定数据通过独立进程按需传输至监测系统，实现处理与监测的解耦。后端服务将原始数据封装为结构化信息，支持按需手动触发特定事例数据的获取与刷新。基于此构建的前端可实时展示事例内部状态，通过多...

江门中微子实验是世界上最大的单体液闪探测器，旨在测定中微子的质量顺序、精确测量中微子混合参数。针对江门中微子实验的控制需求，对17000路电子学通道进行大规模监测与控制，设计了一套面向值班员的分级、分组管理界面，实现了系统状态的集中监控与控制。本系统基于Phoebus开发，调用phoebusgen自动化生成交互界面，显著提升了系统部署效率。在IOC层面，将数据写入Redis，以redis缓存代替直接的PV访问。界面方面，通过本地/模拟PV与外部Python程序协同，减小PV访问量，采用动态加载数据的方式，减少组件的调用，解决Phoebus界面首次连接耗时长、网络抖动导致卡顿等问题。为防止误操作，增加了重发、文件锁、操作日志的机制。同时，考虑到Phoebus权限管理依赖于操作系统的用户管理，借助LDAP工具加强了多用户分级管理能力。本值班系统实现了Phoebus对大规模通道的监控，在江...

渗透测试是一种安全评估方法。该方法在不对目标系统造成影响的前提下，通过模拟黑客的攻击对目标系统进行安全评估。它能够有效地识别漏洞、预防网络攻击，进而提升目标系统的安全性。然而，传统的渗透测试存在高度依赖人工、测试工具零散、多样化以及测试流程繁琐复杂等问题，这导致渗透测试的过程大量消耗人力和时间成本。鉴于以上问题，本文设计了基于自动化渗透测试的系统，该系统包括自动化渗透测试框架和渗透测试引擎两部分。其中，自动化渗透测试框架中集成了多种渗透测试工具，渗透测试引擎中包含了依据网络状态生成攻击路径的模块。通过渗透测试引擎模块控制管理测试的整个流程，并以报告的形式反馈测试结果。该系统有效的降低了对人工的依赖程度，同时将重复的流程智能化、系统化，极大的降低了时间成本。

中子动力学结构因子 S(Q, ω) 的计算是利用非弹性中子散射 (INS) 技术研究材料动力学性质的基础，其中低阶相干声子的贡献尤为重要。传统的计算软件通常使用非相干近似来近似相干散射，并采用常规的采样方法在中子和声子的动量空间进行采样，导致计算结果的精度和分辨率有限。
BzScope 是中国散裂中子源 (CSNS) 开发的一种新型计算工具，旨在通过提供绝对强度的高精度动力学结构因子来应对这些挑战。BzScope 基于简谐近似理论，从晶体结构和力常数出发计算声子谱和中子-声子散射谱。BzScope...

在中子散射实验中，原始数据易受吸收、多次散射、非弹性散射及探测器性能等多因素影响。传统解析与半经验修正方法需调节大量参数，对用户经验依赖性强，难以保证普适性。本报告介绍基于蒙特卡洛输运模拟系统Prompt的实验模拟框架，通过从头计算获取材料物理参数，精准模拟散射全过程并生成探测器响应信号，直接用于原始数据的规约、分析与修正。该方法无需人工干预参数，显著降低数据分析门槛。重点展示其在轻水、重水全散射实验中的验证结果。对多次散射、非弹性散射的修正效果优于传统方法，修正数据与文献精修结果高度吻合，验证了方法的可靠性与准确性。