“２００９年高等學校青年骨干教師多核技術高級研修班”側記

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隨著半導體技術的進步,處理器從“單核”發展到“多核”,再到“眾核”。在未來幾年里,處理器核的數目將會越來越多,而未來大多數的軟件開發都將以多核及眾核芯片為基礎硬件平臺,這就要求軟件開發者必須找出新的軟件開發方法,以充分利用先進的硬件資源。作為計算機人才培養的主要基地,高等院校如何調整計算機教育課程,以適應多核時代的到來,將是一個全新的挑戰。

為了跟上時代的腳步,英特爾公司與中國教育部簽署了多核教育的“五年備忘錄”,并于2006年啟動了“英特爾多核大學計劃”。至今,已經有近200所高校先后加入到該計劃并開設了多核相關課程,取得了豐碩的教學成果。

為了進一步推動各高校對多核課程的教學改革和內容更新,迎接“眾核”的挑戰,提高各校多核課程教學水平,應廣大從事多核教學的教師要求,英特爾分別在武漢大學和清華大學成功舉辦了多核技術高級研修班。受邀對象為第一、二批加入“多核課程大學計劃”的高校以及2007、2008年獲得精品課程項目立項的高校。研修班結業學員通過測試后,根據“高校青年骨干教師高級研修班”培訓方案(教高廳函[2004]26號文件)規定,統一發放由教育部人事司和高等教育司共同簽章頒發的“高校青年教師高級研修班研修證書”,同時英特爾軟件學院也頒發培訓合格證書。

2009年7月8日至10日,多核技術研修班在武漢大學舉辦,武漢大學電子信息學院楊劍鋒副教授主持了武漢研修班。研修班開始前,武漢大學電子信息學院田茂副院長與英特爾亞太研發有限公司首席研發官楊晨致歡迎辭。隨后,楊晨博士向老師們概要介紹了多核技術的最新發展,英特爾軟件學院與英特爾軟件網絡中國區經理郎朗介紹了英特爾這兩個部門為大學老師提供的相關支持,包括英特爾軟件學院的多核大學計劃、師資培訓及英特爾?軟件網絡的學術社區等(http://software.intel. com/zh-cn/academic/)。

英特爾此次研修班為期三天,主要內容涵括英特爾最新多核架構、OpenMP 3.0、Intel? Parallel Studio、Intel? Threading Building Blocks、Parallel Design Pattern以及多核技術在游戲開發領域的實際應用等最新多核技術和編程工具,配以并行編程實踐,使各位教師對相關內容有更為全面的了解。其中,以Intel? Parallel Studio為代表的英特爾最新并行軟件開發工具成為培訓內容的一大亮點,通過學習與親身體驗,老師們一致認為Intel? Parallel Studio集英特爾以往的軟件開發工具之大成,根據并行編程的流程整合了相關工具的相應功能模塊,配以更加完善的界面,極大地方便了多核程序的開發,并為相關內容的教學提供了強大的工具支持。課程的另一大亮點是游戲領域的多核編程應用。這部分內容將多核編程的理論知識與實際的應用相結合,為老師們的教學提供了很好的案例和素材。本次研修班的一大特色是由英特爾軟件學院資深課程架構師和武漢大學及清華大學的高校教師共同主講課程,促進了高校教師和企業專家間的互相學習。

武漢地區的培訓共有18所大學的36名教師參加,研修班包括課程建設討論和經驗分享環節,促進了高校間多核課程建設的交流。來自國防科學技術大學計算機學院的王挺教授介紹了“編譯原理”精品課程建設,該課程被評為2007年教育部國家精品課;浙江大學計算機學院的施青松副教授介紹了浙江大學多核技術課程建設,該課程被評為2008年教育部國家精品課;華南理工大學的陳虎副教授就多核課程開發與教學中遇到的一些問題與老師們做了分享與討論;東南大學計算機學院的楊全勝副教授介紹了“計算機系統綜合課程設計”,該課程是入選教育部-英特爾精品課程項目中唯一實踐類課程。在最后的自由討論中,老師們踴躍發言,就多核課程的開設、教學、學校遇到的實際困難與問題及多核教學的發展趨勢與英特爾的專家做了互動交流。

2009年7月29日至31日,繼武漢研修班的成功舉辦后,2009年英特爾多核研修班在清華大學開設專場。來自21所大學的三十余名老師參加培訓,內容與武漢研修班專場一致。清華大學計算機學院鄭緯民教授做了歡迎發言,薛巍副教授主持了此次培訓。在課程建設討論和經驗分享環節中,多所學校的老師們與大家分享了教育部-英特爾精品課程的教學經驗。

? 中國科學技術大學“高性能處理器體系結構”課程(60學時)

安虹教授介紹說,該課程基于中科院計算所龍芯項目,教學起初以論文閱讀為主,面向研究生。計劃將課程劃分為兩部分,分別針對本科生(應用成熟的多核技術)和研究生(論文研究)。實驗平臺正在建設中,考慮采用基于RAMP(開源共享)技術的多FPGA板集群系統,通過網絡連接實現實驗?？荚囆问街饕詫W生閱讀論文后作闡述與討論的形式開展,學生反饋課程利于自主學習和對前沿科技的探索。課程的特色是與前沿多核技術緊密結合,實驗內容結合科研成果。

? 北京工業大學“操作系統原理”課程(56學時)

王丹教授指出,在“操作系統原理”課程中,從“進程線程概念”章節入手加入多核內容較為合適。同時,英特爾的多核軟件開發工具對課程教學起到了很大的促進作用。

? 清華大學“高等計算機系統結構”課程

鄭緯民教授介紹,該課程的特色是邀請國外著名大學教授就業界先進的技術主題開設課程講座,相互交流,取得了非常好的效果。

? 哈爾濱工程大學“計算機系統結構”課程

該課程被安排在大三上學期。李靜梅教授講述了課程在硬件配置、軟件環境、教材編寫、網站與題庫建設方面的心得。

? 大連工業大學“計算方法”、汕頭大學“計算方法及其計算機軟件”課程

任玉潔教授在這兩門課程中的所有算法用MATLAB實現,并正在研究對這些算法進行并行化的可能性。課程理論和實踐相結合,輔以較完善的課程網站。

? 北京大學“并行程序設計”課程(54學時)

余華山老師談到,由于多核技術的發展日新月異,課程建設中必須堅持不斷進行內容調整。

在課程建設的討論中,老師們與英特爾的專家就教學中的問題、機遇以及課程的發展進行了深入探討。

在談到“編譯原理”和“操作系統”課程怎樣與多核相關內容結合時,清華大學的陳文光老師建議對學生做適當區分,面向水平好的學生開展相關專題的課外討論;西安電子科技大學的杜軍朝老師提出,在教學中引入相關機制,介紹由單CPU程序并發到多核CPU程序并行的轉變,需要向學生說明多線程和多核的區別,但目前實驗環節的開展比較困難,而英特爾的軟件開發工具能在這方面給學生比較直觀的感覺。

英特爾高級課程架構師游驊博士建議老師們開發針對不同領域的案例教學,用學生感興趣的游戲或教學案例教學,得到老師們的普遍認可和支持。英特爾愿意與老師們合作,共同建立豐富的教學案例庫,共同推動多核及并行計算的教學。

對于何時切入多核、優化概念,老師們大都建議在大三下半學期或大四上半學期,在專業基礎課(如操作系統)完成以后開展。北京航空航天大學的張炯老師認為,由于大多數本科生將來直接進入職場,學習優化概念對他們有很大的實用意義。建議增加一些相關內容在不同的課程中或另外設置一門程序調試、優化課程,亦或開展實訓的小學期教授相關知識。

中國地質大學季曉慧老師是新加入多核領域的老師,主要教授“算法設計與分析”課程,她認為多核技術促進了課程對軟件性能提升的理念,建議加入傳統算法的并行優化。

英特爾大學合作部郭朝峰經理表示,英特爾將推動實踐類課程的建設,希望在精品課程中有越來越多和新技術結合的實驗類課程。今后,英特爾將舉辦更多多核技術高級研修班,以加強對各高校多核課程的教學改革支持。