2020年7月30日

2020年6月26日 – 计算所先进计算机系统研究中心一篇学术观点长文被国际计算机学会通讯CACM录用

中国科学院计算技术研究所刘宇航副研究员、包云岗研究员与伊利诺伊理工大学孙贤和教授、中国科学院深圳先进技术研究院王洋研究员合作在《国际计算机学会通讯》(Communications of the ACM,CACM)发表长文(contributed article),提出并系统地论述了一种适应新时代的形势和需求的计算机系统设计方法学。CACM是国际计算机学会旗舰期刊,被认为是“当今计算机从业者最可信和最专业的行业信息来源”(recognized as the most trusted and knowledgeable source of industry information for today’s computing professional)。

2006年3月,时任美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任、美国国家自然基金会计算与信息科学工程部助理部长、ACM和IEEE会士Jeannette M. Wing教授在《Communications of the ACM》上提出计算思维(Computational Thinking),在全球范围内产生了深刻、广泛的影响力,相关内容进入美国和欧洲大学的教材和课堂,国内时任教育部高等学校计算机基础教学指导委员会主任陈国良院士多次撰文或出版专著论述计算思维。

如今,从计算技术的角度看,人类社会正处于多个新特征汇聚、竞相迸发的“新时代”,并将持续相当一段时期:延续摩尔定律的难度越来越大,存储墙问题日益严重,大容量、非结构化的“大数据”应用不断涌现,风靡全球的云计算的大规模资源共享带来了性能和用户体验不确定性,新型存储介质层出不穷,新的计算模型(如量子计算、DNA计算)短期内难以产业化等等。这些新特征、新挑战都迫切需要与之适配的计算机系统设计方法学。

针对新时代的新特征、新挑战,刘宇航等提出“历史、计算、数据、结构”四位一体的计算机系统设计方法学,拓展和推广了具有广泛影响力的计算思维。该文从2016年就开始萌芽,相关思想曾得到李国杰院士的赞赏,作者近四年来结合工程实践进行了整理和提高,文章从投稿到录用历时1年半,评审人对文章的工作给予高度评价,非常专业而耐心地对大量细节进行了推敲,认为是一篇关于计算机系统设计方法学方面具有深刻性(methodology for building effective computer systems…thought-provoking)的文章。
文章认为冯・诺伊曼体系结构在未来还有很大的潜力,但需要“历史、计算、数据、结构”一体化的设计方法学,提出了“历史、计算、数据、结构”正四面体模型,讨论了4个面、6条棱(12条有向棱)、4个顶点在设计方法学上的对应含义。文章对包括冯・诺伊曼的原著《计算机与人脑》在内的大量原始文献进行了考证,提出计算与数据对称的观点,提出新的设计方法学需要对历史上的设计进行回顾和比较,注重以均衡设计、协同设计、区分设计为核心的体系结构创新,更好地组织晶体管硬件资源,建立资源节约型而非资源扩张型的计算机系统。文章在新的设计方法学的统一视角下重新审视了作者们过去开展的一系列具体研究工作,包括孙-倪定律、标签化冯・诺伊曼体系结构、DIP低熵云计算、C-AMAT并发存储访问模型、LPM(存储层次均衡体系结构)等,发掘它们之间的内在本质联系和统一性。所提出的新设计方法学将有助于研究者和工程开发者更好地理解和设计新型计算机系统结构,适应新时代的挑战。

中国科学院计算技术研究所先进计算机系统研究中心主要从事先进计算机系统结构、新型存储结构、数据中心关键技术、大数据基准测试、开源处理器芯片生态等方面的研究和开发。