多核课程建设探索与实践1 、课程背景.pdf

多核课程建设探索与实践 ——浙江大学－英特尔多核技术实验室 陈天洲 1、课程背景 2006 年是有计算机历史以来处理器更新换代最快的一年，以Intel 与AMD 为代表的处 理器厂商在年初发布了双核处理器，之后发布了多款双核处理器，在2006 年底又发布了四 核处理器，2007 年1 月10 日，英特尔展示了配置两个四核处理器的八核计算机，多核处理 器开始全线进入市场，计算机多核时代的真正来临。到2006 年底，多核处理器出货量已经 达到处理器总出货量的 90 ％以上。在未来几年里，处理核的数目将会越来越多，根据Intel 公司的处理器发展路线图，Intel 在2010 年的主流处理器将是128 核到144 核。除此之外， 其他的一些芯片厂商也在研发更多核的处理器，其中美国硅谷一家创业公司Rapport 宣布， 计划开发整合了1 千个简单处理器的芯片。多核时代的到来无疑揭开了计算机发展历史的新 篇章。 相对于多核处理器如雨后春笋般不断推出的发展速度，软件业对多核时代的到来并没有 做好充分的准备。正如微软公司软件架构师Herb Sutter 在2005 年In-Stat/MDR 秋季处理器 论坛会议所指出的，处理器厂商未能确切了解多核的设计为软件行业带来多少额外工作，客 户端应用程序开发者多年来一直停留在单线程世界，生产所谓的“顺序软件”，但是多核时 代到来的结果是软件开发者必须找出新的开发软件的方法。这对于软件厂商和学术界来说都 是一个巨大的挑战。 对于作为计算机人才培养主要基地的高等院校来说，如何调整计算机教育课程以适应多 核时代的到来也是一个新的挑战。随着多核技术的发展，可以预见目前以及未来大多数的软 件开发都将以多核芯片为基础硬件平台。从2005 年起，计算机知识体系与教学体系就应该 根据硬件发展走势做相应的变化，例如从编程语言到软件工程，从计算机组成到芯片设计， 都可以引入多核技术。未来的编程语言、数据结构、算法理论、软件工程等都将随着多核的 出现而进行修订，计算机硬件方向的课程变化则更大。 但是，大部分相关专业，包括计算机专业、电子工程、自动化等专业方向的课程没有进 行相应的修改，尤其是计算机专业，目前培养毕业的学生还不具备在主流计算机硬件上做开 发的能力。究其原因是多核的发展振聋发聩，产业界与教育界都还来不及建立相应的课程体 系。 我们在过去的一年中对大学生与工程师做多核培训过程中，对多核以及多线程技术的需 求进行了调查。目前企业对有能力利用多核硬件的人才需求很旺盛，但是如何界定多核人才 是模糊的。有25 ％的工程师当前正在使用多核与多线程相关的技术；有35 ％的工程师认为 在未来的一年（即2007 年）将会在工作中使用多核以及多线程技术，其余65 ％的工程师都 认为多核以及多线程技术将会有利于普及。90 ％以上的大学生认为需要在大型课程中学习在 实际中会遇到的多核以及多线程技术。 在这样的背景下，为了适应多核时代对计算机人才的需要，浙江大学计算机学院计算机 体系结构及支撑环境课程小组从2005 年开始进行多次研讨，决定在多核时代到来之初就开 始探索计算机相关课程的革新。在计算机技术应用方面，设置本科生多核编程课程，培养熟 悉多核硬件架构、面向多核硬件进行软件开发的人才；在计算机科学研究方面，设置研究生 多核课程，培养了解国际计算机研究前沿、能胜任计算机体系架构研究即基于多核的硬件和 系统软件设计的研究型人才。同时，通过课程的开设，有助于企业明晰什么样的人才，是掌 握多核以及多线程技术的人才。 2、参考课程设计 浙江大学计算机学院在设计自己的多核课程时，查阅了大量的相关文献资料，了解了国 外著名高校相关课程对多核技术的适应性改造。 CC2005 与CCCE2004 是计算相关课程设计提供的指导性建议。CC2005 中涉及目前的 多核部分包括了Hardware and devices 领域中的Design a chip 与Program a chip 两部分。在 CCCE2004 中，涉及多核的有：10 课时的CE-CAO6 （Processor systems design ）、3 课时的 CE-CAO9 （Distributed system models ）、12 课时的CE-DIG6 （Digital systems design ）、选修 的CE-ES