多核课程的教材设计.pdfVIP

多核课程的教材设计 1 陈天洲 贺蓓 (浙江大学计算机学院, 杭州 310027) 摘 要: 多核计算技术是计算机系统技术的必威体育精装版发展前沿，浙江大学根据发展状况，结合技术前沿、体系 经典理论与动手实践培养，对多核课程的教材进行设计，建立理论与实际之间的桥梁，使学生能够既了解 技术发展又能够培养出较强的动手能力。 关键词: 多核计算;课程设计;实践 多核计算技术是计算机系统技术的必威体育精装版发展前沿，是计算机芯片集成制造技术近年来最 为重大的发展。浙江大学从2006年开设单独的多核课程，希望通过本课程的开设，使学生对 多核计算技术与应用有一个全面深入的认识，完善学生的知识结构，以更好适应未来的计算 机技术及其应用的发展与革新。 1 多核计算技术的发展概况 随着新材料的应用和新技术的发展，VLSI技术取得长足进步，目前集成电路线宽已经 达到45纳米，预计在两年后将能达到32纳米，届时与现处理器相当面积上集成的晶体管数目 将超过100亿[1][2]。在可预见的时间内，集成电路制造工艺还将继续遵循“摩尔定律”。 VLSI技术的进步为多核处理器（Chip Multi-Processor，CMP ）[4][5][6]的发展奠定了基 础。CMP就是将多个计算内核集成在一个处理器芯片中，从而提高计算能力。按计算内核 的对等与否，CMP可分为同构多核和异构多核。计算内核相同，地位对等的称为同构多核， 现在Intel和AMD主推的双核处理器[3]，就是同构的双核处理器。 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2005年初发布了双核处理器，之后发布了多款双核处理器，在2006年底发布了四核 处理器，2007年2月，英特尔展示了80核计算机。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。 随着单个芯片内集成的处理核数目越来越多，增加处理核数目已经难以带来更大的性能 提升。硬件架构的变化，对软件提出了诸多的更新要求，只有针对多核硬件的程序设计，才 能有效地发挥出多核的效能，这就需要在大学中教育多核相关的课程。这也是我们开设多核 课程的初衷。 计算机方向课程的开设，需要注意消除计算机专业的就业鸿沟，适应学科发展速度飞快 的现状，避免学生在大学学习到的知识，走向工作岗位后发现是过时的知识。 2 多核课程的目标 多核计算技术的发展使得计算机课程需要随之进行调整，以适应技术的发展与多核时代 对高校计算机人才培养的新需求。随着多核技术的不断进步与推广，越来越多的高校开设了 多核课程。例如，美国麻省理工学院自2003年起即在其并行系统原理（Theory of Parallel Systems ）课程中讲授Cilk语言，2006年开始逐步增加Cilk多核编程内容，同时Intel 的多核技 1 收稿日期: 2007-05-16 作者简介: 陈天洲(1970-)，男，浙江，博士，教授，主要研究方向：计算机系统结构、嵌入式系统。 术也被加入到这门课程当中。乔治亚理工学院从2006年春开始开设多核课程，面向高年级本 科生和研究生。该学院多核课程依据多核技术对系统和体系、编译和汇编语言等方面的影响， 重新设计课程内容。 多核计算技术的带来了新的知识点[7][8]，主要包括了SOC技术与工艺的发展，多核芯 片与传统的单核芯片和多处理器系统的区别，新的硬件设计方法与技术，系统软件包括编译、 操作系统对多核处理器的支持，面向多核的并行编程以及多核多线程程序的优化等。这些新 的知识点跨越了多门原有的课程，知识覆盖面广，这要求多核课程需要较多的前修课程；同 时，从这些知识点可以看出多核计算给多核课程带来的包括了对实践能力的要求。 因此，综合考虑考虑上述因素，开设多核课程必须明确教学目标。浙江大学针对多核计 算技术带来的变化，结合学校计算机教学的实际情况，为开设多核课程设立了明确的教学目 的：让学生了解当前计算机芯片设计领域中新兴多核体系设计的基本原理、技术难点、目前 发展状况、以及对计算机领域带来的相关影响等，通过建立体系经典理论研究和实际的发展 方向之间的桥梁，为将来从事体系结构领域、系统软件领域以及相关领域的高水平研究打