2020年CGS/ProQuest数学、物理科学和工程奖得主:
异构并行系统的并发性与安全性验证
为了在可管理的功率和热级别上实现性能伸缩，现代系统架构师在高度的硬件专门化和异构性的同时使用并行性。不幸的是，异构并行所带来的功能和性能改进是以显著增加设计复杂性为代价的，不同组件的编程方式不同，访问共享资源的方式也不同。这种设计复杂性反过来给架构师带来了挑战，他们需要设计机制来编排、强制执行和验证执行应用程序的正确性和安全性。
事实证明，当应用程序在特定硬件实现上执行时发生的有问题的硬件事件排序和交错可能会导致软件级的正确性和安全性问题。由于硬件设计非常复杂，而且单一的面向用户的指令可能会显示各种不同的硬件执行事件序列，因此分析和验证系统的正确和安全排序以及这些事件的交错是具有挑战性的。为了解决这一问题，本文将硬件系统架构方法与形式化方法技术相结合，以支持可实现事件排序场景的规范、分析和验证。这里的特定目标是实现感知程序的自动合成，当这种程序存在时，这种程序能够违反正确性或安全保证。
首先，本文介绍了一种用于全栈内存一致性模型验证的方法和工具TriCheck(从高级编程语言到硬件实现)。使用严格和有效的形式化方法，TriCheck发现了2016年RISC-V内存模型规范中的缺陷，以及两个反例，以证明之前从C11到Power和ARMv7的编译器映射方案是正确的。
其次，在对内存一致性模型和安全分析适用于类似方法的重要观察之后，本文提出了CheckMate，一种用于进行硬件安全验证的方法和工具。CheckMate使用正式的技术来评估硬件系统设计对正式指定的安全利用类的敏感性。当设计是易受影响的，概念证明利用代码被合成。CheckMate自动合成程序代表Meltdown和Spectre以及新的漏洞，Meltdown prime和Spectre prime。
第三，本文提出了处理硬件系统中内存模型异构的方法，重点讨论了所提技术的正确性和安全性的适用性。
2020年CGS/ProQuest人文与美术奖得主:
轨道使用的经济学:理论、政策和测量
地球轨道是一种具有新颖动态外部性的拥挤资源。在这篇论文中，我和我的合著者研究了轨道使用外部性的本质，研究了政策选择空间来分类现有的政策，并确定了一类最优政策，考虑了技术进步可以减轻这些外部性的程度，并计算了最优卫星税和实施它带来的福利收益的规模和时间路径。三个关键结果出现了。首先，对地球轨道的开放访问导致了过度碰撞风险和碎片产生的问题。如果任其自生自灭，利润最大化的公司可能会引发一连串危险的碎片生产碰撞，从而使几代人的资源崩溃。第二，尽管现有的大多数政策讨论都集中在以卫星发射为目标的工具上，但最优政策将以在轨卫星为目标，而不是发射卫星的行为。尽管碰撞存在物理上的不确定性，但价格或数量政策的实施是等价的，其中任何一个都可以使社会福利最大化。碎片清除技术不能消除对政策的需要;它们只能在卫星公司支付移除费用的情况下降低平衡碰撞风险。第三，从2020年开始，近地轨道的最佳卫星税(或轨道租赁费)为每颗卫星每年约4万美元，并以每年约5.2%的速度增长，以保持资源租赁费。 The tax would increase the net present value of the satellite industry by around $1.75 trillion USD in 2020, and by over $4 trillion by 2040. Delaying action may be very costly: relative to a baseline of having begun optimal management in 2015, beginning optimal management in 2035 forgoes on the order of $4.6 trillion USD of permanent orbit use value in 2040.