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1、计算机科学与技术领域的变革与中国计算机事业的机遇窗口期徐志伟中科院计算所zxuict.ac.,INSTITUTE OF COMPUTING TECHNOLOGY,讲者简介,徐志伟，男，1956年出生，1987年获美国南加州大学博士学位。 曾任中科院计算所副所长、曙光信息产业有限公司总工程师等职。 研究领域：高性能计算机体系结构、网络计算科学。 现任中科院计算所研究员、总工程师、学位评定委员会主席。 担任Journal of Computer Science and Technology执行主编，IEEE Transactions on Computers、 IEEE Transactions
2、on Services Computing、Journal of Parallel and Distributed Computing等国际期刊编委。 教材与科普著作： Scalable Parallel Computing(McGraw-Hill) 操作系统原理、技术与编程(机械) 网格计算技术(电子) 电脑启示录(清华),我们的学生是可爱的计算所例子,卜东波对科学的热爱闻名全所 蛋白质结构预测新算法，有效应对组合爆炸（200n1.66n），Protein Science 另一位作者许锦波（1996级硕）现任芝加哥大学助理教授。 高翔和陈云霁（龙芯3号研制） IEEE Hotchips国际会
3、议 “hottest presentation”；IEEE Micro期刊专辑论文 张同：残疾同学 杨育波、施渊籍、郑辰恒：地震救灾 过晓冰,提要,引子：姚期智老师的观点 计算机学科的挑战与变革 计算机科学与技术学科建设与教育的需求 针对选择读研究生的同学 几点建议,姚期智老师的观点,中国计算机学会通讯2009年第8期发表了姚期智教授的题为志在中国计算机科学2020计划的文章 “中国要想在计算机科学领域创建世界一流成就，从现在起就只有1015年的窗口期” 也就是说，中国需要在20202025年以前实现跨越发展，才能跻身世界一流计算机科学研究行列 并不是姚教授第一次表达他的危机感 学术焦虑（Ac
4、ademic Anxiety） 为什么？中国计算机学会通讯2009年第9期 “2020现象” 计算机科学技术可能在1015年之内出现变革 中国IT市场可能在1015年之内出现变革 中国的“前沿距离”在缩短,挑战1. 市场似乎开始萎缩2. 科技创新出现大障碍：2020现象3. 学科出现边缘化趋势对学科建设和教育提出前所未有的挑战！,计算机价值和市场开始饱和？,计算机市场（硬件、软件、服务）复合年均增长率（当年价格）,数据来源：IDC、OEDC、CCID,2020现象,过去30年，计算机很多创新，但大部分是增量式延续性发展 在基本原理、基础技术层面的突破很少（万维网是一个例外） 今天计算机市场上的
5、主要技术绝大部分都是30年以前发明的 2020年前后，众多IT技术子领域会出现难以逾越的惯性发展屏障 大规模集成电路 客户端计算机 高性能计算机 软件 网络 存储,高性能计算机面临严峻挑战,世界第一系统速度（flop/s） 计算所系统速度（flop/s） 计算所系统软件代码行数 计算所系统功耗（瓦）,2020,Exa flop/s每秒百亿亿次 支持海量用户的互联网服务器 系统软件：1亿行功耗：1亿瓦 科学技术需求：降低功耗与软件复杂性一、二个数量级,前沿距离,中科院计算所历代计算机系统的启示,学科出现边缘化趋势,计算机专业就业形势依然很好 计算机渗透到所有学科 计算机专业“热门”降温 计算机专
6、业“知识”很快过时；没有基础知识 计算机专业很难、很累；没有原理 计算机专业很容易：没有门槛 归根结底：“狭义工具论”的危害,变革,1970-2000 与 2010-2040：主要变化,网络社会（The Net） 人机共生 人-机-物三元世界（三元社会） 计算机科学与技术研究对象和问题改变 图灵算法科学网络科学（尤其是网络计算科学） 摩尔定律网络效应 学科：计算思维,研究纵览：如Jon Kleinberg 2010新书Networks, Crowds, and Markets ,三元世界计算科学,至2020年，数亿中国用户将在三元世界中工作生活，个体或群体活动涉及很多新型的计算过程 目标：科学
7、地刻画这些活动的计算模型以及计算理论 可能需要突破基于图灵计算模型 集中式假设、确定起始假设、机械执行假设、精确结果假设等， 以利于人机物三元世界的计算问题研究 如市场调度、机制设计、算法网络、万维网可计算性、进化现象、算法博弈论、基因表达、互联网服务组合、物联网自组织，新算法等等。 例子： 像莉丝科夫替代原则（LSP）那样的普适原理互联网服务的无缝替代 CAP定理这样的新的不可能性结果，以避免误区 各种小世界现象和涌现现象计算机系统可利用的局部性原理 网络计算中的时间复杂度、空间复杂度 能耗复杂度，目前甚至不能知道响应一个网络请求耗能多少 劳动复杂度 三元世界计算系统的Hennessey公式
8、？ Performance = Program/Time = 1/(#Instructions x CPI x CycleTime),云计算的原因是“Gilder观察”Ian Fosters Keynote at ICS 09: Computing Outside the Box,普惠计算,1995年 2003年2020年,计算透镜（Richard Karp, 2008.6）,Many processes in natural, engineered and social systems are computational in nature, in that they perform inf
9、ormation transformation Nature computes! Society computes!,CDI五年研究计划指南,2008-2013FY 2008 FY 2009 FY 2010 FY 2011 FY 2012$50M $100M$150M $200M $250M,对教育的需求,中国科学院计算技术研究所研究生毕业去向非学术界的需求日益增长,从2003年的49%增长到2008年的60%,中国科学院计算技术研究所硕士生毕业去向非学术界的需求日益增长,从2003年的67%增长到2008年的78%,中国科学院计算技术研究所博士生毕业去向学术界比例基本稳定,学术:非学术大致是
10、65%:35%,重新审视计算机科学基本问题,计算机科学是研究计算机以及它们能干什么的一门学科。它研究抽象计算机的能力与局限，真实计算机的构造与特征，以及用于求解问题的数不清的计算机应用。 涉及符号及其操作 涉及多种抽象概念的创造和操作 创造并研究算法 创造各种人工结构，尤其是不受物理定律限制的结构 利用并应对指数增长 探索计算能力的基本极限 关注与人类智能相关的复杂的、分析的、理性的活动,National Research Council Committee on Fundamentals of Computer Science, Computer Science: Reflections o
11、n the Field, The National Academies Press, Washington D.C., 2004.,中华人民共和国学位条例博士毕业生的学术水平要求,（一）在本门学科上掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识；（T字型人才） （二）具有独立从事科学研究工作的能力； （三）在科学或专门技术上做出创造性的成果。 坚实宽广的面，才能适应社会变化；系统深入的专，才能满足用人单位需要的“有经验” 最大的挑战是 “独立工作能力” 主动地定义问题、解决问题、克服困难,历史经验,什么是核心技术和创新？四种类别 体系结构（architecture） 比如：微内核（microker
12、nel）与大内核（monolithic） 系统抽象（abstractions） 名字、进程、文件、虚拟地址空间（LTB、页、段） 虚拟机、子程序、函数、对象、服务 方法（methods, algorithms） 解决冲突的指数回退算法、减小开销的系统旁路方法 原理和规律（laws, rules, observations, insights） 局部性现象、宽进严出原理、E2E原理、REST原理 RFC 1958,历史经验：Unix,工具集思想 小的内核，很多add-on（驱动程序、命令、库） GNU/Linux/BIOS in LAMP 少数几个简洁的、普适的、反复重用的、生命力长久的抽象（系
13、统结构、概念：abstractions） Virtual address space, process, device, file; shell, kernel and user modes, scheduling mechanisms Linus Tovalds: If you know these six things, you know Unix. open, close, read, write, fork, exec 规律：work set and locality (spatial & temporal),历史经验：Internet,Internet的重要原理（见RFC 1958）
14、 无为而治： E2E（end-to-end argument） KISS（keep it simple, stupid） 宽进严出：tolerant on input, strict on output 少数几个简洁的、普适的、反复重用的、生命力长久的抽象与机制 包交换 TCP/IP协议栈 Socket接口,历史经验：World Wide Web,Web的重要原理 非集中：Web is a decentralized data structure 休养生息：REST（representation state transfer） 少数几个简洁的、普适的、反复重用的、生命力长久的抽象与机制 URL
15、 hypertext link HTTP协议 Web服务器 Web浏览器,XXX同学例子,独立地提问题、读文献、设计技术方案、做实验、分析结果 独立工作不是孤立 帮助工程项目的技术攻关、热心地为团队和师弟师妹解答问题、合作撰写学术论文、为国际会议和期刊评审投稿 独立能力意味着他是团队的资产，而不是负担 导师的作用 与他商量了一个计算机系统软件基础研究的培养目标 “关系数据处理负载的高效分布式系统支持”的研究范围 为他提供设备、好的同事和自由的研究时间 学术批评 使他切身体会到科学研究中“科学”的含义 科学意味着客观、精确、系统 科学研究的过程不仅仅是产生灵感， 而且要将主观、含糊的直觉想法变成
16、客观、精确的概念和度量， 并将零散、复杂的部件和数据组织成为简单的、系统性的最终结果， 成为同行可理解、可重复、可使用、可引用的科学技术贡献。,XXX同学例子,T字型人才： 关系数据库和分布式系统这个范围内的“坚实宽广的基础理论” 在“关系数据处理负载的高效分布式系统支持”这个窄的方面具有“系统深入的专门知识” 尤其是对计算机系统的局部性原理具有深入理解 博士论文（“创造性的成果”） 发现了分布式系统中的一种新的局部性现象（请求局部性） 发明了一种新方法（请求窗口） 能够显著提高分布式数据分析应用的性能 部分成果发表于VLDB会议和IEEE Transactions on Computers 他感觉在中科院计算所读博士 是一段脱胎换骨的经历 幸福、充实的经历,几点建议,以T字型人才为目标， 面向未来，整合设计培养教程（curriculums） 目前的问题：各学校太雷同、太陈旧；整体性不够 核心精品课程需要大幅度增加深度 目前的问题：内容多而浅，没有充分激发学生潜力 必须要互动（动手、动脑），最好有大作业（project） 教育界（教育部）加大核心课程支持 35年出教科书及相关材
