国际首部完整讲授当代深度学习计算系统软硬件技术栈的教材

目前，我国有上百个高校设立了人工智能专业，但是，极少有高校开设智能计算系统课程，无法为学生提供充分的智能计算系统教育。而智能计算软硬件系统能力的缺失，最终会束缚我国人工智能上层（应用层、算法层）的发展。基于此，国际上第一本完整讲授当代深度学习计算系统软硬件技术栈的教材——《智能计算系统》，已由机械工业出版社出版发行。今天，本书主要作者陈云霁，也是我国高校最早开设“智能计算系统”课程的教师，应约亲笔讲述教材编写和出版的台前幕后。

智能计算系统——一门人工智能专业的系统课程

陈云霁

我是中国科学院计算技术研究所的一名青年科研人员，主要从事人工智能和计算机系统结构两个方向的交叉研究。一般来说，中科院研究员主要任务是做科研，并没有教学的强制性义务。但是近两年来，我把几乎所有的业余时间都用在教学和编写教材上。之所以这样做，主要原因是我观察到人工智能科研中的一个不平衡的趋势：越是人工智能上层（应用层、算法层）的研究，我国研究者对世界做出的贡献越多；越是底层（系统软件层、芯片层），我国研究者的贡献越少。目前，我国的人工智能应用发展如火如荼，走在世界前列；我国的人工智能算法研究者为数众多，在相关的顶级会议和重要比赛中的表现非常突出。然而，当我们仔细审视这些应用和算法，却会发现它们都是建立在国际同行所开发的系统软件（如谷歌的TensorFlow）和芯片（如英伟达的GPU）之上。如果放任这样的不平衡，智能计算软硬件系统能力的缺失最终一定会拖上层应用和算法发展的后腿。

我国智能计算系统能力的缺失原因，可谓众说纷纭。我个人感觉，人才教育可能是最根本的原因之一（这或许是因为我出生在一个教师家庭，成年后又先后受到陈国良、胡伟武、徐志伟等教学名师的言传身教）。对于智能计算系统来说，无论是科学研究还是产业发展，都需要大量高水平人才。而人才必然来自教育，没有肥沃的土壤，就长不出参天大树。几年前，我国没有任何高校开设智能计算系统相关的课程。不给学生任何的智能计算系统的教育，指望他们毕业以后，在工作中自己摸索成长为这方面的大师，显然是不现实的。因此，我们应当从人才教育方面入手，主动作为，这样才有可能改变现状。

近年来，全国上百个高校开始设立人工智能专业，这正是我们改变现状的好时机。我和很多高校的计算机学院或者人工智能学院院长交流过，大家都很认同我的观点，觉得确实有必要强化智能计算系统能力的培养。但是，在实际课程体系建设中，很多高校还是采用了“纯算法+应用”的教学思路。事实上，各个高校都不乏有识之士，在课程设计中绕开“系统”课程往往是受制于三大客观困难：一是国内还没有太多智能计算系统课程可供参考；二是国内缺乏智能计算系统课程的师资；三是国际上也都缺乏智能计算系统课程的教材。

由于自己的研究背景，我对人工智能的算法和系统都有一些粗浅的涉猎。有时我就会想，虽然自己不在高校工作，但是否也能为解决智能计算系统课程、师资、教材上的困难做一点微薄的贡献？我是否可以身体力行地培养一些具备系统思维的人工智能专业学生呢？

因此，2018年年中，我鼓起勇气，下定决心，向中国科学院大学申请开设一门名为“智能计算系统”的课程，希望能培养同学对智能计算完整软硬件技术栈（包括基础智能算法、智能计算编程框架、智能计算编程语言、智能芯片体系结构等）的融会贯通的理解。让我非常欣慰的是，这门课程当时从一片空白中新生出来，缺乏打磨，有很多不足之处，却还是受到了国科大同学们的欢迎。有很多选不上课的同学跟着旁听了整个学期。让我尤其感动的是，有兄弟研究所的同学自发地从中关村跑到怀柔来听课，上一次课来回车程就要三个小时，回到中关村已经是深夜。这也许能说明，智能计算系统这门课对学生来说有一定吸引力，大家学完了能得到真正的收获。

受到了学生们的鼓舞，我们逐步把智能计算系统课程的PPT、讲义、录像、代码、云平台和开发板开放给各个高校的老师。得益于此，已经有北大、北航、天大、中国科大、南开、北理工、华科等十所高校在独力开设或联合开设智能计算系统课程。这样，参考课程的问题就初步得到了解决。

进一步，我们在教育部高等学校教学指导委员会的帮助下，开设了智能计算系统的导教班。西工大的周兴社教授非常热情地承办了2019年8月的第一次导教班。全国四十多个高校、六十多位老师参加了这次导教班。未来，我们还将持续开设类似的导教班，力争能培养几百名能教好智能计算系统的老师。这样，师资的问题就有了解决的可能性。

在具体教学和课程研讨过程中，同学们和老师们都提出，希望有一本配套的教材，来支撑智能计算系统课。因此，我们实验室（中科院计算所智能处理器中心）以及中科院软件所智能软件研究中心的的多位同事一起，把讲课过程中的录音整理成了文字，也就是读者手头的这本《智能计算系统》教材。据我们所知，在国际上，这也是最早的专门讲授当代机器学习计算系统的教材之一。这样，教材的问题也初步得到了解决。

回顾过去这两年，一方面感觉在繁重的科研之余，挤出时间来教课、写教材，殊为不易。最紧张的时候，自己要到国科大、北大、北航等几个学校去轮流教课，“压力山大”。很多次都是从机场、火车站出来直奔教室，所幸没有迟到、没有耽误学生们的时间。另一方面，能和同事们一起把课程开起来、教材写出来，又确实感觉到收获满满。如果把我们人类自己也看成是一个智能计算系统，这样的系统使用周期很短，还要并发处理多项任务，且频繁受到外部中断，能做好一件事件、做成一件事情殊为不易。惟愿在短暂的剩余使用周期里，超频工作，争取为我国人工智能行业再多培养出一些具有系统思维的人才。

作者简介

陈云霁，中国科学院大学专任教师、博导，中国科学院计算技术研究所研究员、智能处理器研究中心主任，教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会计算机系统专委会委员。他带领团队研制了国际上首个深度学习处理器芯片“寒武纪1号”。他的研究成果已经应用在近亿台智能手机和服务器中。他的学术论文多次获得计算机体系结构顶级国际会议最佳论文奖，受到上百个国际知名机构跟踪引用。因此，他被Science杂志刊文评价为深度学习处理器研究的“先驱”和“引领者”。陈云霁曾获国家杰出青年科学基金、中国青年科技奖、全国创新争先奖、教育部“青年长江学者”、国家自然科学基金委“优秀青年基金”、国家万人计划“青年拔尖人才”，并被《MIT科技评论》评为全球35位杰出青年创新者（2015年度）。他还是北京智源人工智能研究院智能体系结构与芯片方向首席科学家。