沈　海　穆丽虹

随着半导体技术的进步,处理器从“单核”发展到“多核”,再到“众核”。在未来几年里,处理器核的数目将会越来越多,而未来大多数的软件开发都将以多核及众核芯片为基础硬件平台,这就要求软件开发者必须找出新的软件开发方法,以充分利用先进的硬件资源。作为计算机人才培养的主要基地,高等院校如何调整计算机教育课程,以适应多核时代的到来,将是一个全新的挑战。

为了跟上时代的脚步,英特尔公司与中国教育部签署了多核教育的“五年备忘录”,并于2006年启动了“英特尔多核大学计划”。至今,已经有近200所高校先后加入到该计划并开设了多核相关课程,取得了丰硕的教学成果。

为了进一步推动各高校对多核课程的教学改革和内容更新,迎接“众核”的挑战,提高各校多核课程教学水平,应广大从事多核教学的教师要求,英特尔分别在武汉大学和清华大学成功举办了多核技术高级研修班。受邀对象为第一、二批加入“多核课程大学计划”的高校以及2007、2008年获得精品课程项目立项的高校。研修班结业学员通过测试后,根据“高校青年骨干教师高级研修班”培训方案(教高厅函[2004]26号文件)规定,统一发放由教育部人事司和高等教育司共同签章颁发的“高校青年教师高级研修班研修证书”,同时英特尔软件学院也颁发培训合格证书。

2009年7月8日至10日,多核技术研修班在武汉大学举办,武汉大学电子信息学院杨剑锋副教授主持了武汉研修班。研修班开始前,武汉大学电子信息学院田茂副院长与英特尔亚太研发有限公司首席研发官杨晨致欢迎辞。随后,杨晨博士向老师们概要介绍了多核技术的最新发展,英特尔软件学院与英特尔软件网络中国区经理郎朗介绍了英特尔这两个部门为大学老师提供的相关支持,包括英特尔软件学院的多核大学计划、师资培训及英特尔®软件网络的学术社区等(http://software.intel. com/zh-cn/academic/)。

英特尔此次研修班为期三天,主要内容涵括英特尔最新多核架构、OpenMP 3.0、Intel® Parallel Studio、Intel® Threading Building Blocks、Parallel Design Pattern以及多核技术在游戏开发领域的实际应用等最新多核技术和编程工具,配以并行编程实践,使各位教师对相关内容有更为全面的了解。其中,以Intel® Parallel Studio为代表的英特尔最新并行软件开发工具成为培训内容的一大亮点,通过学习与亲身体验,老师们一致认为Intel® Parallel Studio集英特尔以往的软件开发工具之大成,根据并行编程的流程整合了相关工具的相应功能模块,配以更加完善的界面,极大地方便了多核程序的开发,并为相关内容的教学提供了强大的工具支持。课程的另一大亮点是游戏领域的多核编程应用。这部分内容将多核编程的理论知识与实际的应用相结合,为老师们的教学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尔软件学院资深课程架构师和武汉大学及清华大学的高校教师共同主讲课程,促进了高校教师和企业专家间的互相学习。

武汉地区的培训共有18所大学的36名教师参加,研修班包括课程建设讨论和经验分享环节,促进了高校间多核课程建设的交流。来自国防科学技术大学计算机学院的王挺教授介绍了“编译原理”精品课程建设,该课程被评为2007年教育部国家精品课;浙江大学计算机学院的施青松副教授介绍了浙江大学多核技术课程建设,该课程被评为2008年教育部国家精品课;华南理工大学的陈虎副教授就多核课程开发与教学中遇到的一些问题与老师们做了分享与讨论;东南大学计算机学院的杨全胜副教授介绍了“计算机系统综合课程设计”,该课程是入选教育部-英特尔精品课程项目中唯一实践类课程。在最后的自由讨论中,老师们踊跃发言,就多核课程的开设、教学、学校遇到的实际困难与问题及多核教学的发展趋势与英特尔的专家做了互动交流。

2009年7月29日至31日,继武汉研修班的成功举办后,2009年英特尔多核研修班在清华大学开设专场。来自21所大学的三十余名老师参加培训,内容与武汉研修班专场一致。清华大学计算机学院郑纬民教授做了欢迎发言,薛巍副教授主持了此次培训。在课程建设讨论和经验分享环节中,多所学校的老师们与大家分享了教育部-英特尔精品课程的教学经验。

 中国科学技术大学“高性能处理器体系结构”课程(60学时)

安虹教授介绍说,该课程基于中科院计算所龙芯项目,教学起初以论文阅读为主,面向研究生。计划将课程划分为两部分,分别针对本科生(应用成熟的多核技术)和研究生(论文研究)。实验平台正在建设中,考虑采用基于RAMP(开源共享)技术的多FPGA板集群系统,通过网络连接实现实验。考试形式主要以学生阅读论文后作阐述与讨论的形式开展,学生反馈课程利于自主学习和对前沿科技的探索。课程的特色是与前沿多核技术紧密结合,实验内容结合科研成果。

 北京工业大学“操作系统原理”课程(56学时)

王丹教授指出,在“操作系统原理”课程中,从“进程线程概念”章节入手加入多核内容较为合适。同时,英特尔的多核软件开发工具对课程教学起到了很大的促进作用。

 清华大学“高等计算机系统结构”课程

郑纬民教授介绍,该课程的特色是邀请国外著名大学教授就业界先进的技术主题开设课程讲座,相互交流,取得了非常好的效果。

 哈尔滨工程大学“计算机系统结构”课程

该课程被安排在大三上学期。李静梅教授讲述了课程在硬件配置、软件环境、教材编写、网站与题库建设方面的心得。

 大连工业大学“计算方法”、汕头大学“计算方法及其计算机软件”课程

任玉洁教授在这两门课程中的所有算法用MATLAB实现,并正在研究对这些算法进行并行化的可能性。课程理论和实践相结合,辅以较完善的课程网站。

 北京大学“并行程序设计”课程(54学时)

余华山老师谈到,由于多核技术的发展日新月异,课程建设中必须坚持不断进行内容调整。

在课程建设的讨论中,老师们与英特尔的专家就教学中的问题、机遇以及课程的发展进行了深入探讨。

在谈到“编译原理”和“操作系统”课程怎样与多核相关内容结合时,清华大学的陈文光老师建议对学生做适当区分,面向水平好的学生开展相关专题的课外讨论;西安电子科技大学的杜军朝老师提出,在教学中引入相关机制,介绍由单CPU程序并发到多核CPU程序并行的转变,需要向学生说明多线程和多核的区别,但目前实验环节的开展比较困难,而英特尔的软件开发工具能在这方面给学生比较直观的感觉。

英特尔高级课程架构师游骅博士建议老师们开发针对不同领域的案例教学,用学生感兴趣的游戏或教学案例教学,得到老师们的普遍认可和支持。英特尔愿意与老师们合作,共同建立丰富的教学案例库,共同推动多核及并行计算的教学。

对于何时切入多核、优化概念,老师们大都建议在大三下半学期或大四上半学期,在专业基础课(如操作系统)完成以后开展。北京航空航天大学的张炯老师认为,由于大多数本科生将来直接进入职场,学习优化概念对他们有很大的实用意义。建议增加一些相关内容在不同的课程中或另外设置一门程序调试、优化课程,亦或开展实训的小学期教授相关知识。

中国地质大学季晓慧老师是新加入多核领域的老师,主要教授“算法设计与分析”课程,她认为多核技术促进了课程对软件性能提升的理念,建议加入传统算法的并行优化。

英特尔大学合作部郭朝峰经理表示,英特尔将推动实践类课程的建设,希望在精品课程中有越来越多和新技术结合的实验类课程。今后,英特尔将举办更多多核技术高级研修班,以加强对各高校多核课程的教学改革支持。