中国院计算技术研究：《创新求实》（2008年5月）

创 新水 目录 2008年5月 所内动态 2计算所第六届职工代表大会暨第十届工会会员代表大会 第二次会议胜利召开 计算所工会 (双月刊·总第72期) 3计算所党委组织开展学习贯彻 十七大精神党支部书记研讨班 …计算所党办 4迎接中国的计算机革命 中科院计算所2007-2008年战略研究诠注(上).徐志伟 专家视点 众核发展趋势浅析 范东睿 11光器件微型化带来的机遇 陈明宇 特别报道 编委主任:李国杰 14通过综合配套改革营造互联网时代的创新科研环境……刘群 编委副主任:李锦涛、隋雪青、孟丹 16感受“百星计划” 张永铮 编委:(按姓氏笔画排序) 王凡、王兆其、王晓虹 思维与探索 17知识产权战略战术与孙子兵法(上) …李小娟 李琳、高文 技术编委:方金云 21简讯 主编:祁威 编辑:沈哲、王娜 通讯员:檀彦卓、岳玥、宋纪涛 25阳春意渐浓巾帼显风采 刘玉东、程燕、冯钢、刘宏 一计算所庆祝国际妇女节系列活动纪实 檀彦卓 陈海明、袁昶、肖正静 8心之小憩,身的远行—08年优秀员工疗养活动行记…杨峰 292008海南之行 胡瑜 曲芃、程秀云、张晓亮 30海南纪行 罗瑞丽 客户管理:李文银 地址:北京海淀区中关村 间精雅致 科学院南路6号 31观动作片《杀破狼》后的思考 邮编:100080 电话:(10)62601223或62652528 传真:(010)62652528 -mail: qiwei @ict.ac 封二:计算所第六届职工代表大会暨第十届工会会员代 Homepagehttp://www.ict.ac.cn 表大会第二次会议胜利召开 内部刊物,请妥善保管) 封三:名人名言 (如若转载,须经作者同意,或与编辑部联系 封底:征稿启事

2008 年 月 （双月刊 • 总第 72 期） 目 录 编委主任： 李国杰 编委副主任： 李锦涛、隋雪青、孟丹 编委： （按姓氏笔画排序） 王凡、王兆其、王晓虹、 李琳、高文 技术编委： 方金云                  主编： 祁威 编辑： 沈哲、王娜 通讯员： 檀彦卓、岳 、宋纪涛、 刘玉东、程燕、冯钢、刘宏、 陈海明、袁昶、肖正静、 曲 、程秀云、张晓亮 客户管理： 李文银 地址： 北京海淀区中关村 科学院南路 6 号 邮编： 100080 电话： (010) 62601223 或 62652528 传真： (010) 62652528 E-mail： qiwei@ict.ac.cn Homepage： http://www.ict.ac.cn ( 内部刊物，请妥善保管 ) （如若转载，须经作者同意，或与编辑部联系） 5 封二：计算所第六届职工代表大会暨第十届工会会员代       表大会第二次会议胜利召开 封三：名人名言 封底：征稿启事 所内动态 2 计算所第六届职工代表大会暨第十届工会会员代表大会   第二次会议胜利召开.................................................计算所工会 3 计算所党委组织开展学习贯彻   十七大精神党支部书记研讨班.................................计算所党办 领域前瞻 4 迎接中国的计算机革命   ——中科院计算所 2007-2008 年战略研究诠注（上）..徐志伟 专家视点 8 众核发展趋势浅析.....................................................................范东睿 11 光器件微型化带来的机遇.........................................................陈明宇 特别报道 14 通过综合配套改革 营造互联网时代的创新科研环境 ..........刘 群 16 感受“百星计划”.......................................................................张永铮 思维与探索 17 知识产权战略战术与孙子兵法（上）.......................................李小娟 简讯 随笔 25 阳春意渐浓 巾帼显风采   ——计算所庆祝国际妇女节系列活动纪实 ....................檀彦卓 28 心之小憩，身的远行——08 年优秀员工疗养活动行记 .......杨 峰 29 2008 海南之行............................................................................胡 瑜 30 海南纪行.....................................................................................罗瑞丽 闲情雅致 31 观动作片《杀破狼》后的思考.................................................王 娜 21

【所内动态】 4月11日,计算所召开了第六届职工代表大会暨第十届工会会员代表大会第 计 次会议,来自全所18个分工会的80名职工代表参加了会议,所务会领导、各 部门负责人、副高级以上专业技术骨干、党支部书记、分工会主席和部分学生干 部等76名同志应邀列席会议。所党委副书记、职代会主席、工会主席李锦涛主持 了本次大会。 会议在雄壮的国歌声中开始。李国杰所长首先向大会作了题为《贯彻落实科 学发展观,深人推进改革创新和谐奋进的中科院计算所建设》的工作报告。报告 第代 回顾了全所2007年的工作,实事求是地指出目前工作中存在的不足,部署了我所 2008年度的工作重点。李所长在报告中指出,要以科学发展观指导计算所的工作 表 要认清新形势,理解新要求;明确计算所核心理念,树立正确的价值观;集中力 量做大事,提高宏观调控能力;以产出的影响为导向,加大技术转移力度;以人 届大 力资源管理改革为突破口,建设和谐研究所。李所长的报告深入人心、振奋人 全场不断响起热烈的掌声 职会 随后,所长助理王凡向大会作了《职工生活保障计划》的说明,财物负责人 孙建国向大会作了《计算所财务工作报告》。职代会、工会副主席李忠诚作了《职 代会代表提案工作说明》。他指出,本次职代会共收到提案24项,涉及到科研管理 人力资源管理、研究生教育、环境改善与保护,以及职工住房、健康和生活等七 个方面,提案组将这些提案分别送达相关部门进行了处理和答复。李忠诚副主席 就24项提案处理答复情况一一进行了详细说明。 隋雪青副所长向大会作了《促进科技成果转化奖励管理办法的实施细则》的说 表 明。他指出,本次实施细则基于2006年制定的《促进科技成果转化奖励管理办法》, 并在所务会多次讨论及充分征集职工代表意见的基础上,对部分定义不清晰、人员 大 政策等方面进行了明确的修改,不仅得到了进一步完善,而且进一步提高了实效性。 当天下午,大会进行了分组讨论,职工代表针对《所长工作报告》(含《职工 生活保障计划》)、《所财务工作报告》、《职代会提案工作说明》和《促进科技成果 转化奖励管理办法的实施细则》等四项议题)展开了热烈讨论,职工代表杨晓君 熊锦华、王斌、王晓虹分别代表本组向大会做了认真细致的总结发言。随后,职工 计代表对《促进科技成果转化奖励管理办法的实施细则》进行了表决,全票通过。 第胜群 最后,所党委副书记、职代会主席、工会主席李锦涛对本次职代会进行了总结。 花他说在会体代表和常代表的地努力第六据工代表大公十会 匹 合配套改革中去,为改革建言献策,在职工中广泛宣传改革政策,积极促进综合 配套改革的顺利进行希望职工代表认真学习《中国科学院研究机构综合管理条例》 文件,充分了解职工代表的职责和权力,认真学习相关政策、制度和文件,不断 开 提高政策水平和参政议政的能力,为职代会的建设贡献更多的力量;希望职工代 表高度重视职工提案工作,在平时的工作和生活中,深入基层广泛了解职工的意 见和建议,能够以主人翁的意识,代表职工的意志,反映职工的愿望,更好地履 行职工代表的职责。李锦涛副书记还对全体代表的辛勤工作表示了衷心感谢,他说, 在大家的共同努力下,我所职代会工作逐步完善,发挥了更为重要的作用。希望 员 同志们在今后的工作中,再接再厉、共同努力,团结全所广大职工为构建改革创 新和谐奋进的计算所而努力奋斗 为期一天的职工代表大会在国歌声中圆满闭幕。 国糾字能补算技研定20年B月(双月刊·总第2期)

计算所第六届职工代表大会暨第十届工会会员 计算所工会 4 月 11 日，计算所召开了第六届职工代表大会暨第十届工会会员代表大会第 二次会议，来自全所 18 个分工会的 80 名职工代表参加了会议，所务会领导、各 部门负责人、副高级以上专业技术骨干、党支部书记、分工会主席和部分学生干 部等 76 名同志应邀列席会议。所党委副书记、职代会主席、工会主席李锦涛主持 了本次大会。 会议在雄壮的国歌声中开始。李国杰所长首先向大会作了题为《贯彻落实科 学发展观，深入推进改革创新和谐奋进的中科院计算所建设》的工作报告。报告 回顾了全所 2007 年的工作，实事求是地指出目前工作中存在的不足，部署了我所 2008 年度的工作重点。李所长在报告中指出，要以科学发展观指导计算所的工作： 要认清新形势，理解新要求；明确计算所核心理念，树立正确的价值观；集中力 量做大事，提高宏观调控能力；以产出的影响为导向，加大技术转移力度；以人 力资源管理改革为突破口，建设和谐研究所。李所长的报告深入人心、振奋人心， 全场不断响起热烈的掌声。 随后，所长助理王凡向大会作了《职工生活保障计划》的说明，财物负责人 孙建国向大会作了《计算所财务工作报告》。职代会、工会副主席李忠诚作了《职 代会代表提案工作说明》。他指出，本次职代会共收到提案 24 项，涉及到科研管理、 人力资源管理、研究生教育、环境改善与保护，以及职工住房、健康和生活等七 个方面，提案组将这些提案分别送达相关部门进行了处理和答复。李忠诚副主席 就 24 项提案处理答复情况一一进行了详细说明。 隋雪青副所长向大会作了《促进科技成果转化奖励管理办法的实施细则》的说 明。他指出，本次实施细则基于 2006 年制定的《促进科技成果转化奖励管理办法》， 并在所务会多次讨论及充分征集职工代表意见的基础上，对部分定义不清晰、人员 政策等方面进行了明确的修改，不仅得到了进一步完善，而且进一步提高了实效性。 当天下午，大会进行了分组讨论，职工代表针对《所长工作报告》（含《职工 生活保障计划》）、《所财务工作报告》、《职代会提案工作说明》和《促进科技成果 转化奖励管理办法的实施细则》等四项议题）展开了热烈讨论，职工代表杨晓君、 熊锦华、王斌、王晓虹分别代表本组向大会做了认真细致的总结发言。随后，职工 代表对《促进科技成果转化奖励管理办法的实施细则》进行了表决，全票通过。 最后，所党委副书记、职代会主席、工会主席李锦涛对本次职代会进行了总结。 他说，在全体代表和列席代表的共同努力下，第六届职工代表大会暨第十届工会 代表大会第二次会议圆满完成了各项会议议程，达到了既定的会议目标。他代表 党委和职代会向与会代表提出了三点希望：希望职工代表能够积极投身到我所综 合配套改革中去，为改革建言献策，在职工中广泛宣传改革政策，积极促进综合 配套改革的顺利进行；希望职工代表认真学习《中国科学院研究机构综合管理条例》 文件，充分了解职工代表的职责和权力，认真学习相关政策、制度和文件，不断 提高政策水平和参政议政的能力，为职代会的建设贡献更多的力量；希望职工代 表高度重视职工提案工作，在平时的工作和生活中，深入基层广泛了解职工的意 见和建议，能够以主人翁的意识，代表职工的意志，反映职工的愿望，更好地履 行职工代表的职责。李锦涛副书记还对全体代表的辛勤工作表示了衷心感谢，他说， 在大家的共同努力下，我所职代会工作逐步完善，发挥了更为重要的作用。希望 同志们在今后的工作中，再接再厉、共同努力，团结全所广大职工为构建改革创 新和谐奋进的计算所而努力奋斗。 为期一天的职工代表大会在国歌声中圆满闭幕。 【所内动态】 代表大会第二次会议胜利召开

计算所党委组织开展学习贯彻十七大精神党支部书记研讨班 计算所党委组织开展学习贯彻 十七大精神党支部书记研讨班 计算所党办 4月17日至18日,计算所党委组织开展了以学 与会人员共同观看了由北京市委党校副教授元跃 习贯彻十七大精神为主题的党支部书记研讨班。来自旗主讲的视频讲座,课程包括党支部书记的地位和作 所内18个党支部的支部书记在所党委副书记李锦涛用、党支部书记的素质和修养、党支部书记的领导办 带领下参加了本次研讨班活动。 法和领导艺术等三部分内容。 研讨会上,李锦涛书记部署了2008年党的工作 为了让各位党支部书记更加规范有效地做好发展 要点,他指出:2008年是我国改革开放30周年、我党员工作,所党办还制订并下发了《关于发展党员工 院知识创新工程10周年以及我所全面推进综合配套作的基本做法》及流程图,并就近期中组部有关文件 改革的关键一年。在新的一年里,计算所党的工作要精神和院京区党委有关会议精神,汇报了《关于党费 认真贯彻党的十七大会议精神和中科院党建工作会议收缴、使用和管理新规定的说明》的情况,使大家对 精神,着力推进计算所党的先进性建设和能力建设 党费相关工作有了进一步清晰的认识和把握。 紧密围绕中心开展工作,提供坚强有力的思想、政治 研讨班上,大家展开了热烈讨论,就新时期如何 和组织保证。所党委今年的工作重点主要有七个方面结合国情、院情、所情创新党的工作、加强党的建设 深入贯彻落实十七大会议精神,着力转化为促进科技如何使党的工作围绕创新、服务大局,如何使党的工 创新的动力;加强干部队伍建设,不断提升领导干部作和所里改革发展紧密结合,尤其是综合配套改革、 科技创新和科学发展的能力;贯彻落实中科院党建工大科硏模式等方面献言献策,纷纷发表了自己的看法 作会议精神,加强和改进党的组织建设,巩固和发展提出了一些建设性的意见 党员先进性教育成果;扎实做好党的思想教育工作 最后,所党委副书记李锦涛对本次研讨班进行了 进一步深化创新文化建设的内涵;抓好党风廉政建设总结发言。他说,在实际工作中如何贯彻好、落实好 和纪检监察工作,健全廉政体系;加强工、青、妇等十七大精神是广大党员干部的必修课,这次研讨班是 群众工作的组织指导,关心退休职工,深入基层构建大家提高学习掌握十七大精神的良好契机,希望大家 和谐氛围 能够研讨促学习、学习促思考、思考促进步,从而进 本次研讨班邀请了参加今年十一届人大一次会议一步解放思想、开拓进取,不断提高理论修养、工作 的人大代表胡伟武同志作了《两会会议精神解读专题水平和实践能力。这次研讨班开展得很圆满,一方面 报告》,报告涵盖了人大一次会议情况、政府工作报大家通过上党课、听报告受到了教育,另一方面通过 告精神、关于国家经济、民计民生、机构改革、科技交流谈心得、谈体会,得到了共同提高。希望大家带 创新、文化教育、环境保护以及对党的科技思想和理着这次研讨班的学习成果,学以致用,将成果化为成 论的认识体会等方面内容,深入浅出、生动丰富。效,将成果化为成绩,促使各项工作不断进步发展 国糾字能补算技研定20年B月(双月刊·总第2期)

计算所党委组织开展学习贯彻 十七大精神党支部书记研讨班 计算所党办 计算所党委组织开展学习贯彻十七大精神党支部书记研讨班 4 月 17 日至 18 日，计算所党委组织开展了以学 习贯彻十七大精神为主题的党支部书记研讨班。来自 所内 18 个党支部的支部书记在所党委副书记李锦涛 带领下参加了本次研讨班活动。 研讨会上，李锦涛书记部署了 2008 年党的工作 要点，他指出：2008 年是我国改革开放 30 周年、我 院知识创新工程 10 周年以及我所全面推进综合配套 改革的关键一年。在新的一年里，计算所党的工作要 认真贯彻党的十七大会议精神和中科院党建工作会议 精神，着力推进计算所党的先进性建设和能力建设， 紧密围绕中心开展工作，提供坚强有力的思想、政治 和组织保证。所党委今年的工作重点主要有七个方面： 深入贯彻落实十七大会议精神，着力转化为促进科技 创新的动力；加强干部队伍建设，不断提升领导干部 科技创新和科学发展的能力；贯彻落实中科院党建工 作会议精神，加强和改进党的组织建设，巩固和发展 党员先进性教育成果；扎实做好党的思想教育工作， 进一步深化创新文化建设的内涵；抓好党风廉政建设 和纪检监察工作，健全廉政体系；加强工、青、妇等 群众工作的组织指导，关心退休职工，深入基层构建 和谐氛围。 本次研讨班邀请了参加今年十一届人大一次会议 的人大代表胡伟武同志作了《两会会议精神解读专题 报告》，报告涵盖了人大一次会议情况、政府工作报 告精神、关于国家经济、民计民生、机构改革、科技 创新、文化教育、环境保护以及对党的科技思想和理 论的认识体会等方面内容，深入浅出、生动丰富。 与会人员共同观看了由北京市委党校副教授元跃 旗主讲的视频讲座，课程包括党支部书记的地位和作 用、党支部书记的素质和修养、党支部书记的领导办 法和领导艺术等三部分内容。 为了让各位党支部书记更加规范有效地做好发展 党员工作，所党办还制订并下发了《关于发展党员工 作的基本做法》及流程图，并就近期中组部有关文件 精神和院京区党委有关会议精神，汇报了《关于党费 收缴、使用和管理新规定的说明》的情况，使大家对 党费相关工作有了进一步清晰的认识和把握。 研讨班上，大家展开了热烈讨论，就新时期如何 结合国情、院情、所情创新党的工作、加强党的建设， 如何使党的工作围绕创新、服务大局，如何使党的工 作和所里改革发展紧密结合，尤其是综合配套改革、 大科研模式等方面献言献策，纷纷发表了自己的看法， 提出了一些建设性的意见。 最后，所党委副书记李锦涛对本次研讨班进行了 总结发言。他说，在实际工作中如何贯彻好、落实好 十七大精神是广大党员干部的必修课，这次研讨班是 大家提高学习掌握十七大精神的良好契机，希望大家 能够研讨促学习、学习促思考、思考促进步，从而进 一步解放思想、开拓进取，不断提高理论修养、工作 水平和实践能力。这次研讨班开展得很圆满，一方面 大家通过上党课、听报告受到了教育，另一方面通过 交流谈心得、谈体会，得到了共同提高。希望大家带 着这次研讨班的学习成果，学以致用，将成果化为成 效，将成果化为成绩，促使各项工作不断进步发展

【领域前瞻】 迎特中国的计算机革命 中科院计算所2007-2008年战略研究诠注 (上 徐志伟 摘要:为了完成科学院给计算所下达的创新三期和综合配套改革试点的的任务,本届计算所所务会 自2006年11月开始部署并领导实施了为期一年多的战略规划研究,试图明确5~10年high- Impact研究 所需的战略目标、重点内容、体制机制。除所内员工和学生外,参与本次研究的人员还包括:部门领 囯内企业技术专家、企业高管、国内同行、海外知名学者、海外研究杌构高管等。本文是对该研究的个 人诠注,并不代表计算所的意见。 文章的题目定为“迎接中国的计算机革命”,是因为尽管中国的计算机事业已经有长足的发展,但真 正的计算机革命尚未到来,或正在到来。其症状是:1.中囯的计算机市场(包括硬件、软件、服务)尚 比较小,大约为世界总量的3-5%;2.中国的计算机市场被外国公司主导,在很多领域甚至被垄断;3.中 国计算机创新体系和产业体系尚未建成;4.中囯在计算机领域自主创新能力还很薄弱,国际学术影响小, 技术在市场上被用起来的很少。 这一切正在改变,在2015-2025期间会显现出来。计算所在这个变革中大有可为。 本次战略规划研究的目的和问题 计算机科学技术的学科特点和态势 每年从事战略规划研究是计算所工作的一个特 回答上述问题离不开对计算机科学技术的深入认 色,也是科学院对研究所工作的一项硬性要求。与计识,以及对世界态势、国情、所情的客观分析。这些 算所前几年的战略规划研究相比,本次战略硏究有两既是本次战略研究的内容,也为本次战略研究提供了 个不同。第一,研究目的更为明确。计算所三期创新背景限制。 应该是价值驱动的创新,战略规划研究的首要目的是 技术学科的特点是发明更好的工具、发现使用工 明确创新的价值目标是什么,其后才能更加明确研究具的更好的方法、推动工具的普及。与其他技术学科 目标、调整体制机制和行为、优化资源,从而提高创类似,计算机科学技术领域需要从事下述四类研究工 新能力、产出水平和科研质量。 作 第二,此次研究的问题更为聚焦、具体。研究问 1.深入认识计算世界( cyber world)(如其组成 题是:“如果计算所要在5-10年内做出在国内外有影分类) 响的成果,1.计算所的定位与战略目标应该做什么调 2.发现(归纳总结出)计算世界的重要现象、规 整?2.研究内容应该选择什么?3.体制机制应该做律和理论(如新的局部性现象、新的边缘论、超越图 什么改革?”除了理念、趋势分析之外,本次研究更灵的计算模型); 加重视明确的建议、改革措施、研究内容、具体指标 3.发明和开发更好的计算工具(如新的硬件、新 国糾字能补算技研定20年B月(双月刊·总第2期)

【领域前瞻】 本次战略规划研究的目的和问题 每年从事战略规划研究是计算所工作的一个特 色，也是科学院对研究所工作的一项硬性要求。与计 算所前几年的战略规划研究相比，本次战略研究有两 个不同。第一，研究目的更为明确。计算所三期创新 应该是价值驱动的创新，战略规划研究的首要目的是 明确创新的价值目标是什么，其后才能更加明确研究 目标、调整体制机制和行为、优化资源，从而提高创 新能力、产出水平和科研质量。 第二，此次研究的问题更为聚焦、具体。研究问 题是：“如果计算所要在 5-10 年内做出在国内外有影 响的成果，1. 计算所的定位与战略目标应该做什么调 整？ 2. 研究内容应该选择什么？ 3. 体制机制应该做 什么改革？”除了理念、趋势分析之外，本次研究更 加重视明确的建议、改革措施、研究内容、具体指标。 迎接中国的计算机革命 ——中科院计算所 2007-2008 年战略研究诠注 徐志伟 计算机科学技术的学科特点和态势 回答上述问题离不开对计算机科学技术的深入认 识，以及对世界态势、国情、所情的客观分析。这些 既是本次战略研究的内容，也为本次战略研究提供了 背景限制。 技术学科的特点是发明更好的工具、发现使用工 具的更好的方法、推动工具的普及。与其他技术学科 类似，计算机科学技术领域需要从事下述四类研究工 作： 1. 深入认识计算世界（cyber world）（如其组成、 分类）； 2. 发现（归纳总结出）计算世界的重要现象、规 律和理论（如新的局部性现象、新的边缘论、超越图 灵的计算模型）； 3. 发明和开发更好的计算工具（如新的硬件、新 摘要：为了完成科学院给计算所下达的创新三期和综合配套改革试点的的任务，本届计算所所务会 自 2006 年 11 月开始部署并领导实施了为期一年多的战略规划研究 , 试图明确 5~10 年 high-impact 研究 所需的战略目标、重点内容、体制机制。除所内员工和学生外，参与本次研究的人员还包括：部门领导、 国内企业技术专家、企业高管、国内同行、海外知名学者、海外研究机构高管等。本文是对该研究的个 人诠注，并不代表计算所的意见。 文章的题目定为“迎接中国的计算机革命”，是因为尽管中国的计算机事业已经有长足的发展，但真 正的计算机革命尚未到来，或正在到来。其症状是：1. 中国的计算机市场（包括硬件、软件、服务）尚 比较小，大约为世界总量的 3-5%；2. 中国的计算机市场被外国公司主导，在很多领域甚至被垄断；3. 中 国计算机创新体系和产业体系尚未建成；4. 中国在计算机领域自主创新能力还很薄弱，国际学术影响小， 技术在市场上被用起来的很少。 这一切正在改变，在 2015-2025 期间会显现出来。计算所在这个变革中大有可为。 （上）

迎接中国的计算机革命——中科院计算所2007-2008年战略研究诠注(上) 的系统软件、新的算法); 但同时又限制了计算所从事高风险高回报的high 4.开发出更好的使用工具创造最终价值的方法 pact研究。 (如新的搜索服务); 8.国内外合作研究的资源潜力增大,但计算所尚 5.研究工具的普及(产业链、生态系统、价值形未充分挖掘(分部是一种尝试) 态、价值传递模式,如开放源码模式、服务模式、病 9.美国计算机科学家高峰代表团向美国国家科 毒性市场现象)。 学基金会(NSF)提交的中国计算机科学研究与教育 计算所过去的工作重点在3,需要加强其他方面调查报告指出,美国计算机科学家重点从事 Impact 的工作。 oriented基础研究,而中国计算机科学家重点从事 根据美国科学院报告,过去60多年来计算机科 publication- oriented实用研究。双方关心的科学技术 学形成了自有的学科特点 问题和评价标准有很大不同。这可能造成深度合作交 1.研究符号及其操作 流的障碍。 2.研究抽象概念( abstractions)的创造和操作; 3.创造并研究算法 计算所价值定位与综合配套改革建议 4.创造各种人工结构( artifacts),尤其是不受物 本次研究讨论了战略规划和综合配套改革的必要 理定律限制的结构 性,重新审视了计算所的定位,并提出了若干具体措 5.利用并应对指数增长 施建议 6.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、理性战略规划与综合配套改革的必要性 的活动。 战略规划(思想)和综合配套改革(细节)两者 随着计算机应用的普及,计算机学科现在已经开互补,而且,为了计算所的进一步创新发展,做出特 始关注它对生态环境和人类社会的影响。进入21世色特点,两者都是必要的。下面的判断已经被很多国 纪,这个趋势越来越明显。能耗、生产率和污染量已内外事例验证。 经成为设计限制因子。 就世界态势、国情、所情而言,本次研究归纳总 2.思想决定发展,细节决定成败。 结了下述判断和观点 3.思想一样、行动措施一样,结果不可能更好 1.中国的良好发展态势为计算所未来10年的创也不会有特色 新发展提供了必要的条件和需求。 2.全球计算机科技界和产业界正在面临一次深刻例1:智能中心的历史经验:五个不一样 的转型和创新机遇期 国家智能计算机研究开发中心在创办的几年内 3.通过过去10年的积累,计算所的创新能力有积累了五个不一样,取得了好的效果。 明显的提高,在国内外已有一定影响 1.目标不一样:通用高性能计算机,而不是专用 4.就high- Impact研究而言,计算所与国际领先5代机 单位相比,在研究目标、领军人才、研究产出、学术 2.技术思路不一样:基于通用微处理器芯片的并 影响方面,总体上尚有较大差距,提升的空间很大。行计算机,而不是定制器件向量机。 5.计算所要做研究、工程、产业化三件事,工作 3.行动措施不一样:曙光1号的研究开发工作主 量是国际学术同行的三倍。 要在硅谷完成(当时国内条件不好)。 6.在产出、人才、资源三方面,来自同行和跨国 4.学术氛围不 白硕主持的研讨班,等。 公司的竞争压力增大。 5.人才成长不 创造青年人才成长的空间。 7.国内现有的科研体系在研究周期、研究目标 评价方式、经费管理等方面既提供了短期研究的机会, 例2:AVS的历史经验:围绕重大产业需求的技 国糾字能补算技研定20年B月(双月刊·总第2期)

迎接中国的计算机革命——中科院计算所 2007-2008 年战略研究诠注（上） 的系统软件、新的算法）； 4. 开发出更好的使用工具创造最终价值的方法 （如新的搜索服务）； 5. 研究工具的普及（产业链、生态系统、价值形 态、价值传递模式，如开放源码模式、服务模式、病 毒性市场现象）。 计算所过去的工作重点在 3，需要加强其他方面 的工作。 根据美国科学院报告，过去 60 多年来计算机科 学形成了自有的学科特点： 1. 研究符号及其操作； 2. 研究抽象概念（abstractions）的创造和操作； 3. 创造并研究算法； 4. 创造各种人工结构（artifacts），尤其是不受物 理定律限制的结构； 5. 利用并应对指数增长； 6. 探索计算能力的基本极限； 7. 关注与人类智能相关的复杂的、分析的、理性 的活动。 随着计算机应用的普及，计算机学科现在已经开 始关注它对生态环境和人类社会的影响。进入 21 世 纪，这个趋势越来越明显。能耗、生产率和污染量已 经成为设计限制因子。 就世界态势、国情、所情而言，本次研究归纳总 结了下述判断和观点： 1. 中国的良好发展态势为计算所未来 10 年的创 新发展提供了必要的条件和需求。 2. 全球计算机科技界和产业界正在面临一次深刻 的转型和创新机遇期。 3. 通过过去 10 年的积累，计算所的创新能力有 明显的提高，在国内外已有一定影响。 4. 就 high-impact 研究而言，计算所与国际领先 单位相比，在研究目标、领军人才、研究产出、学术 影响方面，总体上尚有较大差距，提升的空间很大。 5. 计算所要做研究、工程、产业化三件事，工作 量是国际学术同行的三倍。 6. 在产出、人才、资源三方面，来自同行和跨国 公司的竞争压力增大。 7. 国内现有的科研体系在研究周期、研究目标、 评价方式、经费管理等方面既提供了短期研究的机会， 但同时又限制了计算所从事高风险高回报的 high￾impact 研究。 8. 国内外合作研究的资源潜力增大，但计算所尚 未充分挖掘（分部是一种尝试）。 9. 美国计算机科学家高峰代表团向美国国家科 学基金会（NSF）提交的中国计算机科学研究与教育 调查报告指出，美国计算机科学家重点从事 impact￾oriented 基础研究，而中国计算机科学家重点从事 publication-oriented 实用研究。双方关心的科学技术 问题和评价标准有很大不同。这可能造成深度合作交 流的障碍。 计算所价值定位与综合配套改革建议 本次研究讨论了战略规划和综合配套改革的必要 性，重新审视了计算所的定位，并提出了若干具体措 施建议。 战略规划与综合配套改革的必要性 战略规划（思想）和综合配套改革（细节）两者 互补，而且，为了计算所的进一步创新发展，做出特 色特点，两者都是必要的。下面的判断已经被很多国 内外事例验证。 1. “Perspective is worth 80 IQ points” - Alan Kay. 2. 思想决定发展，细节决定成败。 3. 思想一样、行动措施一样，结果不可能更好， 也不会有特色。 例 1：智能中心的历史经验：五个不一样 国家智能计算机研究开发中心在创办的几年内， 积累了五个不一样，取得了好的效果。 1. 目标不一样：通用高性能计算机，而不是专用 5 代机。 2. 技术思路不一样：基于通用微处理器芯片的并 行计算机，而不是定制器件向量机。 3. 行动措施不一样：曙光 1 号的研究开发工作主 要在硅谷完成（当时国内条件不好）。 4. 学术氛围不一样：白硕主持的研讨班，等。 5. 人才成长不一样：创造青年人才成长的空间。 例 2：AVS 的历史经验：围绕重大产业需求的技

【领域前瞻】 术领导与产业联盟 (1)Trust and Confidence in IT Systems and 1.目标特色:音视频信源编码的重大国家需求。 Applications 2.技术领导:开发音视频编解码的重要专利技 ▲ Identity Manageme 3.产业联盟:领导国内外产业界和学术界创造竞 (2 )Management and Exploitation of Data 争力强的标准池。 A Information Discovery, Use, and Sharin (3) Future Information Systems 3:存储中心的历史经验:产品化的目标和 1.目标特色:基于自主先进技术、稳定可靠的网 (4)IT in Science and Engineerin 络存储产品。 A Enabling Scientific Discovery 2.工程特色:高效率实施的工程管理流程(test- A Virtual Measurement Systems build,版本管理思路)。 3. NIST ITL Core Competency: IT measurements and 3. Living in the future:存储中心员工学生都用自 tandards 己开发的系统 比如,很多单位都在研究复杂ⅣT系统,但NIST IT Lab的特色和竞争力是其对IT技术的度量研究和 例4: Google的研究开发经验:反木桶原则 技术标准开发。对于智能信息处理领域,现在没有通 不是照顾后进(木桶原则),求最小公约数,而用的度量,他们则通过提供统一标准开放的TREC竞 是鼓励先进。 赛提供一种“度量”。 同行对ITL的定位和工作成绩是肯定的。但是 例5: NST ITL如何突出战略特色 为信息世界研究并提供像物理世界那样简明普适的度 NIST的 nformation Technology lab(简称IL,该量是非常艰苦的工作,目前的进展还很小,甚至还没 Lab的前身是美国国家标准局计算机科学与技术研究有出现一些可被同行广泛应用的开发度量的方法。这 所)与中科院计算所有很多类似的地方。比如,他们也是同行指出的IL值得改进的一个重要工作。 的使命都含有源头成分。NIST的 IT Lab目前雇佣员 工30人,体量与中科院计算所接近。该实验室在标 重新审视计算所价值定位 准、度量方面是国际知名单位。比如,它创建并领导 张劲夫总结科学院的价值使命,简称为“出成果 IEEE802.16无线宽带标准工作组,主办智能信息处出人才”。当时,成果和人才都是面向国家战略需求。 理中的TREC国际竞赛等。 根据新时期中国科学院办院方针,2001年发布的《中 NIST ITL现任主任是 Cita furlani博士,曾任美国科院计算所发展战略》制定了“龙头、源头、领头” NCO主任。 目标。 NIST IT Lab通过其定位( Mission)、研究组合 本次研究重新审视了计算所的定位,重点分析讨 program portfolio)、核心竞争能力( core competency)论了:1.计算所的“三头”定位与目标,2.重点研究 三个方面突出其战略特色 内容定位,3.跟踪还是创新,4.大项目与基础研究四 NIST ITL Mission Statement: To promote US个方面的问题。研究结论是 nnovation and industrial competitiveness by advancing 1.在中国国情下,计算所应该坚持“龙头 measurement science, standards, and technology through头、领头”的目标定位。(1)尤其要坚持“源头”目 research and development in information technology,标,源头目标是高技术研究的本质特征。(2)“领头” mathematics, and statistics. 工作是目前的薄弱环节和瓶颈,应大力加强。(3)应 2. NIST ITL Program Portfolio 该通过资源调配和体制机制改革,使三头得以统筹 国糾字能补算技研定20年B月(双月刊·总第2期)

【领域前瞻】 术领导与产业联盟 1. 目标特色：音视频信源编码的重大国家需求。 2. 技术领导：开发音视频编解码的重要专利技 术。 3. 产业联盟：领导国内外产业界和学术界创造竞 争力强的标准池。 例 3：存储中心的历史经验：产品化的目标和 措施 1. 目标特色：基于自主先进技术、稳定可靠的网 络存储产品。 2. 工程特色：高效率实施的工程管理流程（test￾build，版本管理思路）。 3. Living in the future：存储中心员工学生都用自 己开发的系统。 例 4：Google 的研究开发经验：反木桶原则 不是照顾后进（木桶原则），求最小公约数，而 是鼓励先进。 例 5：NIST ITL 如何突出战略特色 NIST 的 Information Technology Lab ( 简称 ITL，该 Lab 的前身是美国国家标准局计算机科学与技术研究 所 ) 与中科院计算所有很多类似的地方。比如，他们 的使命都含有源头成分。NIST 的 IT Lab 目前雇佣员 工 330 人，体量与中科院计算所接近。该实验室在标 准、度量方面是国际知名单位。比如，它创建并领导 IEEE 802.16 无线宽带标准工作组，主办智能信息处 理中的 TREC 国际竞赛等。 NIST ITL 现任主任是 Cita Furlani 博士，曾任美国 NCO 主任。 NIST IT Lab 通过其定位（Mission）、研究组合 （program portfolio）、核心竞争能力（core competency） 三个方面突出其战略特色： 1. NIST ITL Mission Statement: To promote US innovation and industrial competitiveness by advancing measurement science, standards, and technology through research and development in information technology, mathematics, and statistics. 2. NIST ITL Program Portfolio （1）Trust and Confidence in IT Systems and Applications ▲ Trustworthy Computing ▲ Identity Management （2）Management and Exploitation of Data ▲ Information Discovery, Use, and Sharing （3）Future Information Systems ▲ Complex Systems ▲ Pervasive Information Systems （4）IT in Science and Engineering ▲ Enabling Scientific Discovery ▲ Virtual Measurement Systems 3. NIST ITL Core Competency: IT measurements and standards 比如，很多单位都在研究复杂 IT 系统，但 NIST IT Lab 的特色和竞争力是其对 IT 技术的度量研究和 技术标准开发。对于智能信息处理领域，现在没有通 用的度量，他们则通过提供统一标准开放的 TREC 竞 赛提供一种“度量”。 同行对 ITL 的定位和工作成绩是肯定的。但是， 为信息世界研究并提供像物理世界那样简明普适的度 量是非常艰苦的工作，目前的进展还很小，甚至还没 有出现一些可被同行广泛应用的开发度量的方法。这 也是同行指出的 ITL 值得改进的一个重要工作。 重新审视计算所价值定位 张劲夫总结科学院的价值使命，简称为“出成果、 出人才”。当时，成果和人才都是面向国家战略需求。 根据新时期中国科学院办院方针，2001 年发布的《中 科院计算所发展战略》制定了“龙头、源头、领头” 目标。 本次研究重新审视了计算所的定位，重点分析讨 论了：1. 计算所的“三头”定位与目标，2. 重点研究 内容定位，3. 跟踪还是创新，4. 大项目与基础研究四 个方面的问题。研究结论是： 1. 在中国国情下，计算所应该坚持“龙头、源 头、领头”的目标定位。（1）尤其要坚持“源头”目 标，源头目标是高技术研究的本质特征。（2）“领头” 工作是目前的薄弱环节和瓶颈，应大力加强。（3）应 该通过资源调配和体制机制改革，使三头得以统筹

迎接中国的计算机革命——中科院计算所2007-2008年战略研究诠注(上) 发展。 对中国社会和企业需求的提炼,可能造成研究问题离 2.中科院计算所是“计算技术”研究所,应以坚用户较远,研究结果的应用推广困难;2.从研究方向 持发扬计算机系统的核心优势,同时考虑到“计算技研究冋题、研究路线开始就在跟踪发达国家,持续跟 术”外延拓展的客观现状和趋势,以网络服务、多媒踪难以实现跨越创新。 体和智能信息处理等新兴应用为负载和需求驱动,展 本次计算所的战略研究结合了跟踪研究与创新研 开计算机科学和技术研究。 究。我们不仅研究了国际趋势,也调研了国情、国家 3.计算所当前的研究开发工作大部分是跟踪性战略需求和企业需求,试图提出有自身特点的研究方 的。(1)应该大力加强创新性研究。首先要敢想。如向、研究问题、研究路线,从而才有可能产生原创研 果现在不突破这种心态限制,10年后计算所的状况究结果。这种方式更难,更容易被质疑,但从长远看 不会有大的改变。(2)这种创新性研究要从开始阶段对国家、计算所的发展是有利的、必要的。 就反对一味跟踪。 这当中的一个核心问题是:我们需不需要像张骞 4.计算所目前的“70%大项目+30%基础研究”郑和、哥伦布、麦哲伦一样从事艰苦与高风险的科学 的格局有其合理性。但是,应该从选题、体制、机制探索工作,发现计算世界的丝绸之路和新大陆?目前 多方面努力,实现战略性工程性大项目与基础研究的机会是存在的,风险也是巨大的。但是,如果我们不 统筹协调发展。 做此类工作,我们可能摆脱不了跟踪的命运。 例6:价值定位的目标群体 中科院计算所传统上的价值定位是面向国家战略 需求,并且推动学术进步。近十多年来,作为产业界 嵌入式 的技术源头也成为价值目标。近几年来,产业界伙伴 存储 和我们自己的研究人员提出了一种新的价值目标,即 直接为人民(即广大消费者)提供服务和产品。比如 微机 联想研究院提出计算所应该大力研究面向广大人民的 网络 服务器 互联网服务,龙芯团队已经推出了低成本电脑。 国家战略 a.2006年的计算机世界(托勒密世界地图) 产业界 中科院 计算所 学术界 存储 服务器 移动设备 网络 嵌入式 其他客户端 微机 例7:跟踪研究与创新研究。 目前我国的很多基础研究、创新研究的常见做法 是参照发达国家战略研究报告,或跟踪发达国家已立 传感网 的研究项目。具体的理论研究课题比较重视证明某个 b.2015-2020年可能的计算机世界 猜想。这种做法有很多优点,也有必要;由于有发达 国家已经存在的参照物,也比较容易获得理解和支持。图1计算所需不需要发现计算世界的丝绸之路和新大陆? 但是,从长远看,这种做法有两个缺点:1.缺乏 (未完待续) 国糾字能补算技研定20年B月(双月刊·总第2期)

迎接中国的计算机革命——中科院计算所 2007-2008 年战略研究诠注（上） 发展。 2. 中科院计算所是“计算技术”研究所，应以坚 持发扬计算机系统的核心优势，同时考虑到“计算技 术”外延拓展的客观现状和趋势，以网络服务、多媒 体和智能信息处理等新兴应用为负载和需求驱动，展 开计算机科学和技术研究。 3. 计算所当前的研究开发工作大部分是跟踪性 的。（1）应该大力加强创新性研究。首先要敢想。如 果现在不突破这种心态限制，10 年后计算所的状况 不会有大的改变。（2）这种创新性研究要从开始阶段 就反对一味跟踪。 4. 计算所目前的“70% 大项目 +30% 基础研究” 的格局有其合理性。但是，应该从选题、体制、机制 多方面努力，实现战略性工程性大项目与基础研究的 统筹协调发展。 例 6：价值定位的目标群体。 中科院计算所传统上的价值定位是面向国家战略 需求，并且推动学术进步。近十多年来，作为产业界 的技术源头也成为价值目标。近几年来，产业界伙伴 和我们自己的研究人员提出了一种新的价值目标，即 直接为人民（即广大消费者）提供服务和产品。比如， 联想研究院提出计算所应该大力研究面向广大人民的 互联网服务，龙芯团队已经推出了低成本电脑。 例 7：跟踪研究与创新研究。 目前我国的很多基础研究、创新研究的常见做法 是参照发达国家战略研究报告，或跟踪发达国家已立 的研究项目。具体的理论研究课题比较重视证明某个 猜想。这种做法有很多优点，也有必要；由于有发达 国家已经存在的参照物，也比较容易获得理解和支持。 但是，从长远看，这种做法有两个缺点：1. 缺乏 对中国社会和企业需求的提炼，可能造成研究问题离 用户较远，研究结果的应用推广困难；2. 从研究方向、 研究问题、研究路线开始就在跟踪发达国家，持续跟 踪难以实现跨越创新。 本次计算所的战略研究结合了跟踪研究与创新研 究。我们不仅研究了国际趋势，也调研了国情、国家 战略需求和企业需求，试图提出有自身特点的研究方 向、研究问题、研究路线，从而才有可能产生原创研 究结果。这种方式更难，更容易被质疑，但从长远看， 对国家、计算所的发展是有利的、必要的。 这当中的一个核心问题是：我们需不需要像张骞、 郑和、哥伦布、麦哲伦一样从事艰苦与高风险的科学 探索工作，发现计算世界的丝绸之路和新大陆？目前 机会是存在的，风险也是巨大的。但是，如果我们不 做此类工作，我们可能摆脱不了跟踪的命运。 a. 2006 年的计算机世界（托勒密世界地图） b. 2015-2020 年可能的计算机世界 图 1. 计算所需不需要发现计算世界的丝绸之路和新大陆？ （未完待续） 中科院 计算所 国家战略 产业界 学术界 人 民

E::城装展骤服:4 强。a·、2内“ 甲E云图E状哪店随 票的果证曰群NF 型罪召 明当0证? 是t 她跳特 顾名思义,众核( Many Core)处理器比多核域辛勤耕耘,从成果到文化上都有了相当的积淀,特 ( Multicore)处理器中的处理内核数量还要多,计别是2000年后,成功研发的多款龙芯芯片更为我们 算能力更强大,这得益于1965年 Gordon moore预在高性能计算核心技术上取得了实质性突破。众核 测的 Moore定律在延续。如果从 wikipedia上搜索设计恰恰可以增强我们在高性能计算领域的优势地 Many Core,你会得到这样的介绍:“当前的软件结构位,以众核研究为基础的大型并行系统设计可以进 可以在当前的多核结构上得到较好的扩展,但如果超步巩固计算所在战略性、基础性、前瞻性的国立研究 过八个处理器核,当前软件结构的扩展能力将会很差。所定位。 超过八个处理器核的设计就被称为‘众核’处理器。 众核设计的核心目标就是充分开发片上高性能计 微软公司在2007年6月25日在美国西雅图召开算能力,这是高性能计算发展的必然趋势。以Inte 了第一个以 Many Core为主题的 Workshop,这是一个公司为例,在其推出双核和四核通用处理器的同时, 标志性的事件,与会者都是来自世界工业界的领袖和开发了峰值性能超过 Tera Flops的 Polaris和 Larabee 学术界的权威,讨论众核设计应如何开展。 Intel正使单芯片计算能力得到几十倍的提升。虽然众核设 在研发的面向媒体应用领域的 Larabee、IBM正在研计上的进步将有效推动我所在高性能计算领域的发 发的面向科学计算领域的 Cyclops、面向网络安全等展,但在众核设计的研究过程中,需要紧密围绕龙芯 领域的Tile64都是对众核设计的探索。微软公司于和曙光在产业应用中对此类众核高性能加速芯片的实 2007年11月发表了宣言《 THE MANY CORE SHIFT 际需求 Microsoft Parallel Computing Initiative Ushers Computin 国内系统结构研究领域的各优秀研究团队对众核 into the Next era》,宣布转入对众核系统软件的研究。设计广泛关注,2008年3月27日,复旦大学同UUC 可以看出,众核设计已经成为技术发展的趋势和学术大学的非羸利组织 Gelato承办了“ Shanghai Many 研究的热点。 Core Workshop",国内的参与者包括计算所、清华大 本文将浅显地回答四个问题,这是我们开展众核学、国防科大、江南所、HP中国、IBM中国、 Intel 设计最关心的问题,即计算所为什么要做众核设计 中国等单位的超过一百名研究人员。可以看到,很多 众核设计的技术问题是什么?适合于众核的应用是什研究机构都在开展面向众核技术的研究工作,一场面 么?计算所在众核设计上开展了哪些工作 向众核设计相关技术方向的研究竞争已经展开,从自 然科学基金的项目申请上就可以清楚看到这个趋势 计算所为什么要做众核? 在2006年和2007年就有二十项左右与多核和众核相 计算所的传统优势在于以高性能计算为核心的关研究的申请获得批准。 芯片和系统设计,五十多年来几代人一直围绕这个领 由此可见,无论从计算所的传统优势和计算所的 国糾字能补算技研定20年B月(双月刊·总第2期)

顾 名 思 义， 众 核 (ManyCore) 处 理 器 比 多 核 (MultiCore) 处 理 器 中 的 处 理 内 核 数 量 还 要 多， 计 算能力更强大，这得益于 1965 年 Gordon Moore 预 测的 Moore 定律在延续。如果从 wikipedia 上搜索 ManyCore，你会得到这样的介绍：“当前的软件结构 可以在当前的多核结构上得到较好的扩展，但如果超 过八个处理器核，当前软件结构的扩展能力将会很差。 超过八个处理器核的设计就被称为‘众核’处理器。” 微软公司在 2007 年 6 月 25 日在美国西雅图召开 了第一个以 ManyCore 为主题的 Workshop，这是一个 标志性的事件，与会者都是来自世界工业界的领袖和 学术界的权威，讨论众核设计应如何开展。Intel 正 在研发的面向媒体应用领域的 Larabee、IBM 正在研 发的面向科学计算领域的 Cyclops、面向网络安全等 领域的 Tile64 都是对众核设计的探索。微软公司于 2007 年 11 月发表了宣言《THE MANYCORE SHIFT: Microsoft Parallel Computing Initiative Ushers Computing into the Next Era》，宣布转入对众核系统软件的研究。 可以看出，众核设计已经成为技术发展的趋势和学术 研究的热点。 本文将浅显地回答四个问题，这是我们开展众核 设计最关心的问题，即计算所为什么要做众核设计？ 众核设计的技术问题是什么？适合于众核的应用是什 么？计算所在众核设计上开展了哪些工作？ 一、计算所为什么要做众核？ 计算所的传统优势在于以高性能计算为核心的 芯片和系统设计，五十多年来几代人一直围绕这个领 域辛勤耕耘，从成果到文化上都有了相当的积淀，特 别是 2000 年后，成功研发的多款龙芯芯片更为我们 在高性能计算核心技术上取得了实质性突破。众核 设计恰恰可以增强我们在高性能计算领域的优势地 位，以众核研究为基础的大型并行系统设计可以进一 步巩固计算所在战略性、基础性、前瞻性的国立研究 所定位。 众核设计的核心目标就是充分开发片上高性能计 算能力，这是高性能计算发展的必然趋势。以 Intel 公司为例，在其推出双核和四核通用处理器的同时， 开发了峰值性能超过 Tera Flops 的 Polaris 和 Larabee， 使单芯片计算能力得到几十倍的提升。虽然众核设 计上的进步将有效推动我所在高性能计算领域的发 展，但在众核设计的研究过程中，需要紧密围绕龙芯 和曙光在产业应用中对此类众核高性能加速芯片的实 际需求。 国内系统结构研究领域的各优秀研究团队对众核 设计广泛关注，2008 年 3 月 27 日，复旦大学同 UIUC 大学的非赢利组织 Gelato 承办了“Shanghai Many￾Core Workshop”，国内的参与者包括计算所、清华大 学、国防科大、江南所、HP 中国、IBM 中国、Intel 中国等单位的超过一百名研究人员。可以看到，很多 研究机构都在开展面向众核技术的研究工作，一场面 向众核设计相关技术方向的研究竞争已经展开，从自 然科学基金的项目申请上就可以清楚看到这个趋势， 在 2006 年和 2007 年就有二十项左右与多核和众核相 关研究的申请获得批准。 由此可见，无论从计算所的传统优势和计算所的 众 核 发 展 趋 势 浅 析 范东睿 【专家视点】

众核发展趋势浅析 定位,还是从技术发展趋势,以及从科研资源获取角众核芯片面积庞大,功耗问题依然突出。根据半导体 度分析,尽快将众核研究推向深入都是势在必行。 国际工艺路线发展报告IRS-2007的分析,在2018年 芯片的供电电压将为07v,而目前为1.1v,即使假设 二、众核设计的技术问题是什么? 不提高设计主频,根据功耗计算公式cv2f,功耗降低 众核研究是一项复杂的系统性研究,完全不能简仅为(1.1/0.7)2=2.5倍,但集成的晶体管数量却可以增 单地理解为处理器核的堆砌,分析众核结构应当以看加12倍以上,绝对功耗会有明显增加。如何在众核 处理器结构图作为终点,而不是起点,首要关注的是设计中提高能效?如何对众多计算资源进行调度管理 隐藏在结枃图后面系统化的设计思想。下面我们从三才能最大限度降低众核设计的功耗?这些问题依然要 个层次进行分析,说明众核设计所涉及的关键技术。在众核结构设计过程中寻找答案。 众核设计的基础是摩尔定律的延续,也就是人类 最后,线延迟变长使得在众核设计中进行集中 掌握的最先进的硅制造工艺的进步。制造工艺的进步控制变得困难,如何采用更分布式的方式完成结构设 带来了四个主要的变化:1.集成度提高,2.带宽受限,计?如何在分布的结构中实现共享数据的分发传播? 3.功耗问题突出,4.线延迟变长。这些芯片生产工艺如何在分布的结构中实现高效的核间互斥并发操作? 变化直接引出了众核设计的关键问题。 将上面根据工艺实现的变化带来的众核设计关 首先,芯片集成度的提高是众核设计的基本条件,键问题进行凝练,众核设计的主要研究内容包括并行 这使得更多的计算资源可以集成在一块芯片上,但这编程模型、运行时系统、存储模型、通讯模型等。在 种集成却也带来了硬件资源管理的困难和对资源的竞对这些问题进行深入研究,对不同设计部分进行匹配 争。如何容易地将计算任务进行分割,映射到众多处权衡,最终凝练为完善的系统软件、运行时库,以及 理器核上?众多处理器核如何分享片上有限的存储空众核结构模型。众核结构模型只是整个系统的集咔 间?如何让众多处理器核利用有限片上传输网络传递体现。 数据,而冲突最小?如何对片上众多资源进行测试和 众核设计是一种新型的并行计算形式,传统的基 修复? 于SMP或集群的并行研究成果不能直接应用,必须 其次,芯片的访存带宽问题在众核设计中变得更进行重新评价。这个研究领域有待解决的问题很多 为严峻,访存带宽的限制是众核发展的最大制约。以虽然目前世界上很多研究人员都参与到该领域的研究 NVIDIA G8800GTX为例,访存带宽为864GBs,计中,但还没有找到系统解决问题的好方法,而且未来 算能力为5888 GFlops,每次计算需要2个4B宽数据,五年,众核设计会一直是研究的热点。 计算访存比约为55 Flops/B, Stanford大学设计的流处 理器 Merrimac的计算访存比为32 Flops,/B,随着工艺 三、适合于众核的应用是什么? 的进步,这个比例还将增大,比例越大,就意味着可 首先罗列了一下已有众核芯片自称适用的应用领 在此结构上取得接近峰值性能的应用算法越少。这直域,包括生物计算、网络安全、虚拟现实、信号处理 接引入了一系列问题,如何让众多处理器核有数据可(GsM、MPEG-4、压缩、滤波等)、国土安全(加密 算?如何更充分地利用片上有限存储空间的众核间共解密、模式匹配、搜索等)、网络包处理、生物特征 享,以避免片外访存?如何充分利用有限访存带宽,识别、图形处理、移动游戏、服务器组件和机器人学 尽量让访存通道繁忙,并能优先满足处于关键路径处习等。从上面的列举可以看出,适于众核设计的应用 理器核的访存请求? 很广泛,下面我们更技术化地从两个层次进行简要分 再有,虽然众核设计有助于提高芯片的能效析,一是应用算法本身的特性,一是结合众核处理器 ( Power- Efficiency),如 Intel的80核实验设计 Polaris结构,看何种应用更适合特定众核设计,应用的特性 能效为16 Flops/watt,而 Intel传统超标量 Clovertown如何同结构结合。 设计的能效为0.35 GFlops/Wat,但是不能忽视,由于 应用算法本身特性主要体现在三个方面,即应用 国糾字能补算技研定20年B月(双月刊·总第2期)

定位，还是从技术发展趋势，以及从科研资源获取角 度分析，尽快将众核研究推向深入都是势在必行。 二、众核设计的技术问题是什么？ 众核研究是一项复杂的系统性研究，完全不能简 单地理解为处理器核的堆砌，分析众核结构应当以看 处理器结构图作为终点，而不是起点，首要关注的是 隐藏在结构图后面系统化的设计思想。下面我们从三 个层次进行分析，说明众核设计所涉及的关键技术。 众核设计的基础是摩尔定律的延续，也就是人类 掌握的最先进的硅制造工艺的进步。制造工艺的进步 带来了四个主要的变化：1. 集成度提高，2. 带宽受限， 3. 功耗问题突出，4. 线延迟变长。这些芯片生产工艺 变化直接引出了众核设计的关键问题。 首先，芯片集成度的提高是众核设计的基本条件， 这使得更多的计算资源可以集成在一块芯片上，但这 种集成却也带来了硬件资源管理的困难和对资源的竞 争。如何容易地将计算任务进行分割，映射到众多处 理器核上？众多处理器核如何分享片上有限的存储空 间？如何让众多处理器核利用有限片上传输网络传递 数据，而冲突最小？如何对片上众多资源进行测试和 修复？ 其次，芯片的访存带宽问题在众核设计中变得更 为严峻，访存带宽的限制是众核发展的最大制约。以 NVIDIA G8800 GTX 为例，访存带宽为 86.4GB/s，计 算能力为 588.8GFlops，每次计算需要 2 个 4B 宽数据， 计算访存比约为 55Flops/B，Stanford 大学设计的流处 理器 Merrimac 的计算访存比为 32 Flops/B，随着工艺 的进步，这个比例还将增大，比例越大，就意味着可 在此结构上取得接近峰值性能的应用算法越少。这直 接引入了一系列问题，如何让众多处理器核有数据可 算？如何更充分地利用片上有限存储空间的众核间共 享，以避免片外访存？如何充分利用有限访存带宽， 尽量让访存通道繁忙，并能优先满足处于关键路径处 理器核的访存请求？ 再 有， 虽 然 众 核 设 计 有 助 于 提 高 芯 片 的 能 效 (Power-Efficiency)，如 Intel 的 80 核实验设计 Polaris 能效为 16GFlops/Watt，而 Intel 传统超标量 Clovertown 设计的能效为 0.35GFlops/Watt，但是不能忽视，由于 众核芯片面积庞大，功耗问题依然突出。根据半导体 国际工艺路线发展报告 ITRS-2007 的分析，在 2018 年， 芯片的供电电压将为 0.7v，而目前为 1.1v，即使假设 不提高设计主频，根据功耗计算公式 cv2f，功耗降低 仅为 (1.1/0.7)2=2.5 倍，但集成的晶体管数量却可以增 加 12 倍以上，绝对功耗会有明显增加。如何在众核 设计中提高能效？如何对众多计算资源进行调度管理 才能最大限度降低众核设计的功耗？这些问题依然要 在众核结构设计过程中寻找答案。 最后，线延迟变长使得在众核设计中进行集中 控制变得困难，如何采用更分布式的方式完成结构设 计？如何在分布的结构中实现共享数据的分发传播？ 如何在分布的结构中实现高效的核间互斥并发操作？ 将上面根据工艺实现的变化带来的众核设计关 键问题进行凝练，众核设计的主要研究内容包括并行 编程模型、运行时系统、存储模型、通讯模型等。在 对这些问题进行深入研究，对不同设计部分进行匹配 权衡，最终凝练为完善的系统软件、运行时库，以及 众核结构模型。众核结构模型只是整个系统的集中 体现。 众核设计是一种新型的并行计算形式，传统的基 于 SMP 或集群的并行研究成果不能直接应用，必须 进行重新评价。这个研究领域有待解决的问题很多， 虽然目前世界上很多研究人员都参与到该领域的研究 中，但还没有找到系统解决问题的好方法，而且未来 五年，众核设计会一直是研究的热点。 三、适合于众核的应用是什么？ 首先罗列了一下已有众核芯片自称适用的应用领 域，包括生物计算、网络安全、虚拟现实、信号处理 （GSM、MPEG-4、压缩、滤波等）、国土安全（加密 解密、模式匹配、搜索等）、网络包处理、生物特征 识别、图形处理、移动游戏、服务器组件和机器人学 习等。从上面的列举可以看出，适于众核设计的应用 很广泛，下面我们更技术化地从两个层次进行简要分 析，一是应用算法本身的特性，一是结合众核处理器 结构，看何种应用更适合特定众核设计，应用的特性 如何同结构结合。 应用算法本身特性主要体现在三个方面，即应用 众核发展趋势浅析

算法是否有足够的并行度,计算和访存的比例是否合 综上所述,当判断一个应用是否适合众核设计时 适,是否强调单线程速度。如果应用算法本身难于进首先要考虑算法是否可并行化、计算访存比、是否强 行并行划分,或者非常强调单线程速度,那就不适合调单线程性能,如果这些条件满足,可以结合特定众 在众核设计上进行并行化,而更适于在指令集并行性核结构分析算法可并行化的并行粒度和非规则属性 开发更好的超标量处理器上执行;如果应用算法对计最终判断算法是否可以在特定众核结构上得到很好的 算能力的需求不高,而数据处理量很大,那也不适合加速。 在众核上进行加速,因为目前众核设计最大的限制就 是访存带宽。假如应用算法在这三个方面都是适合的 四、计算所在众核设计上开展了哪些工作? 那就应该考虑用众核设计来加速此应用。 我所非常重视众核设计的研究工作。前瞻研究中 接下来,就要结合众核处理器的结构特点来确心努力将众核设计同生物计算等应用研究相结合,体 定是否与应用匹配,主要考虑两个方面。一方面是现交叉学科优势,已经取得了一定成效。系统结构重 结构上是否支持高效的片上同步和高效的线程管理机点实验室也将多核和众核设计规划为未来五年的研究 制,这决定着此众核设计能开发何种粒度的并行性。重点,努力同编译技术、操作系统研究、高可靠性和 如果线程管理的开销很小,而同步效率很高,在不同可测试性硏究等工作相结合,在系统上取得群体优势。 处理器核上运行的程序段很容易在片上进行信息的共众核研究在项目上也得到了有力支持,李国杰所长负 享与交换,那么就能开发程序中的细粒度并行,这是责的973重大专项项目和刘志勇研究员负责的基金重 众核设计真正的优势,否则如果同步操作都需要经过点项目都是围绕多核和众多核研究的项目,同时我所 内存,那么同传统的SMP设计无异,只适合粗粒度在此研究领域上还获得了一些863探索、基金面上项 并行。比如, NVIDIA的G8800GTX设计,虽然拥有目和国际合作项目的支持。 5888 GFlops的单精度浮点峰值处理能力,但片上各 目前,我们所在众核研究上已经取得了一定的 节点间不能进行通讯,如果通讯必须通过内存,这就进展。在理论方面,在存储模型一致性上证明了新的 使应用范围受到了限制,若程序间有较多的相关,就结论;在结构方面,设计了更高效的流处理众核设计 无法得到良好加速效果。 和更灵活的 Godson众核设计,在片上同步机制、数 另一方面是结构上是否足够灵活以支持复杂算法据共享和分配策略、可配置属性上都采用了新的结构 的编程实现,如果结构上只支持统一控制的向量运算,设计方法;在运行时系统软件上,结合处理器结构 那么此结构只适合于规则的运算,例如 GRAPE-DR设计了 GudRun运行时海量线程管理系统,并将学术 这样的设计,但这样的设计方式可以最大限度地提高界很有影响的CILK运行时系统移植到了我们的众核 处理能力,而且设计相对简单;如果结构上具有灵活平台上;在应用方面,结合计算所在应用研究上的积 性,可以支持非规则计算的计算特征,那么应用范围累,探索了将生物计算和传统高性能科学计算算法在 就更广泛,但需要尽量消除因增加灵活性而带来的开众核设计上的尝试;在实验方法上,已经完成大规模 销。举例来说,像动态规划和介度中心计算,由于其FPGA系统的构建,并完成了可扩展FPGA众核模拟 依赖关系距离随着计算不断变化,其计算访存都不规系统的方案设计和专利提炼。相信在未来两年经过踏 整,因此只有在众核结构上支持类似线程管理、跳转实工作,会取得更有显效的成果。 执行、快速同步等机制后才能得到较好的加速效果 如果设计采用的是集中控制的方式,甚至片上存储采 技术变革带来了创新的机会,但众核设计的技术 用的是显示编址的存储方式,那么算法在这样的结构路线仍不明朗,有很多方法需要尝试,有很多设计思 上虽然可以做到性能可控,但编程的难度会相当大,想有待验证,但我们只有始终秉承着“求实、求实 导致设计的应用推广受限,如IBM的cell和 Cyclops求实、创新”的龙芯精神,坚持努力,才能在技术变 设计 革中抓住机会,有所作为 国糾字能补算技研定20年B月(双月刊·总第2期)

10 算法是否有足够的并行度，计算和访存的比例是否合 适，是否强调单线程速度。如果应用算法本身难于进 行并行划分，或者非常强调单线程速度，那就不适合 在众核设计上进行并行化，而更适于在指令集并行性 开发更好的超标量处理器上执行；如果应用算法对计 算能力的需求不高，而数据处理量很大，那也不适合 在众核上进行加速，因为目前众核设计最大的限制就 是访存带宽。假如应用算法在这三个方面都是适合的， 那就应该考虑用众核设计来加速此应用。 接下来，就要结合众核处理器的结构特点来确 定是否与应用匹配，主要考虑两个方面。一方面是 结构上是否支持高效的片上同步和高效的线程管理机 制，这决定着此众核设计能开发何种粒度的并行性。 如果线程管理的开销很小，而同步效率很高，在不同 处理器核上运行的程序段很容易在片上进行信息的共 享与交换，那么就能开发程序中的细粒度并行，这是 众核设计真正的优势，否则如果同步操作都需要经过 内存，那么同传统的 SMP 设计无异，只适合粗粒度 并行。比如，NVIDIA 的 G8800 GTX 设计，虽然拥有 588.8GFlops 的单精度浮点峰值处理能力，但片上各 节点间不能进行通讯，如果通讯必须通过内存，这就 使应用范围受到了限制，若程序间有较多的相关，就 无法得到良好加速效果。 另一方面是结构上是否足够灵活以支持复杂算法 的编程实现，如果结构上只支持统一控制的向量运算， 那么此结构只适合于规则的运算，例如 GRAPE-DR 这样的设计，但这样的设计方式可以最大限度地提高 处理能力，而且设计相对简单；如果结构上具有灵活 性，可以支持非规则计算的计算特征，那么应用范围 就更广泛，但需要尽量消除因增加灵活性而带来的开 销。举例来说，像动态规划和介度中心计算，由于其 依赖关系距离随着计算不断变化，其计算访存都不规 整，因此只有在众核结构上支持类似线程管理、跳转 执行、快速同步等机制后才能得到较好的加速效果。 如果设计采用的是集中控制的方式，甚至片上存储采 用的是显示编址的存储方式，那么算法在这样的结构 上虽然可以做到性能可控，但编程的难度会相当大， 导致设计的应用推广受限，如 IBM 的 Cell 和 Cyclops 设计。 综上所述，当判断一个应用是否适合众核设计时， 首先要考虑算法是否可并行化、计算访存比、是否强 调单线程性能，如果这些条件满足，可以结合特定众 核结构分析算法可并行化的并行粒度和非规则属性， 最终判断算法是否可以在特定众核结构上得到很好的 加速。 四、计算所在众核设计上开展了哪些工作？ 我所非常重视众核设计的研究工作。前瞻研究中 心努力将众核设计同生物计算等应用研究相结合，体 现交叉学科优势，已经取得了一定成效。系统结构重 点实验室也将多核和众核设计规划为未来五年的研究 重点，努力同编译技术、操作系统研究、高可靠性和 可测试性研究等工作相结合，在系统上取得群体优势。 众核研究在项目上也得到了有力支持，李国杰所长负 责的 973 重大专项项目和刘志勇研究员负责的基金重 点项目都是围绕多核和众多核研究的项目，同时我所 在此研究领域上还获得了一些 863 探索、基金面上项 目和国际合作项目的支持。 目前，我们所在众核研究上已经取得了一定的 进展。在理论方面，在存储模型一致性上证明了新的 结论；在结构方面，设计了更高效的流处理众核设计 和更灵活的 GodsonT 众核设计，在片上同步机制、数 据共享和分配策略、可配置属性上都采用了新的结构 设计方法； 在运行时系统软件上，结合处理器结构 设计了 GodRun 运行时海量线程管理系统，并将学术 界很有影响的 CILK 运行时系统移植到了我们的众核 平台上；在应用方面，结合计算所在应用研究上的积 累，探索了将生物计算和传统高性能科学计算算法在 众核设计上的尝试；在实验方法上，已经完成大规模 FPGA 系统的构建，并完成了可扩展 FPGA 众核模拟 系统的方案设计和专利提炼。相信在未来两年经过踏 实工作，会取得更有显效的成果。 技术变革带来了创新的机会，但众核设计的技术 路线仍不明朗，有很多方法需要尝试，有很多设计思 想有待验证，但我们只有始终秉承着“求实、求实、 求实、创新”的龙芯精神，坚持努力，才能在技术变 革中抓住机会，有所作为。 【专家视点】