IT教育與產(chǎn)業(yè)的互動

　　

　　1. 回顧信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

　　

　　信息科學(xué)與技術(shù)涵蓋的領(lǐng)域非常寬廣，讓我們以作為它核心的計算機為例做一個簡單回顧。

　　

　　機器計算的基礎(chǔ)理論誕生于上世紀(jì)三四十年代，除了眾所周知的圖靈機，香農(nóng)(C.E. Shannon)、維納(N. Wiener)在創(chuàng)立奠定經(jīng)典信息論、控制論的基礎(chǔ)之前，也都在計算機的邏輯功能和設(shè)計原則等方面做出了重要貢獻(xiàn)。在很大程度上可以認(rèn)為，從第一代的馮?諾依曼機開始，六七十年前發(fā)展起來的這些理論一直支撐著計算機一代一代“進(jìn)化”到現(xiàn)在。

　　

　　計算機本來就是人造的東西，無論大?。ň扌蜋C、微型機）、分合（分布式、集中式）、串并（串行化、并行化），它都一直是在二進(jìn)制理論基礎(chǔ)上發(fā)展，一直都沒有實質(zhì)意義上的“革命”。我們可以想象一下，有沒有可能，今天的計算機完全被淘汰，推倒重來，被一種新的更高效的計算方式替代，比如生物計算、量子計算？

　　

　　二十多年前我還在清華讀書的時候，日本投入巨資開發(fā)第五代計算機，最后無疾而終，關(guān)鍵在于機器智能的問題沒有根本解決。三四十年代的理論解決的只是機器計算的問題，如果什么時候機器智能的基礎(chǔ)理論問題被真正解決了，也會引起另一個革命性突破。

　　

　　在一個大的理論突破、變革來臨之前，在目前國民經(jīng)濟高速發(fā)展、IT成為國家支柱產(chǎn)業(yè)的情況下，我個人覺得IT教育應(yīng)該更多關(guān)注產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，要更多地引導(dǎo)多數(shù)學(xué)生為投入蓬勃發(fā)展的IT產(chǎn)業(yè)做好準(zhǔn)備，畢業(yè)后為國家抓住戰(zhàn)略機遇、實現(xiàn)跨越發(fā)展整體上做出有影響的貢獻(xiàn)。

　　

　　理論上的突破不是大兵團作戰(zhàn)的事，而往往是“有心栽花花不開，無心插柳柳成蔭”。關(guān)鍵在于政策上要有相應(yīng)的保證，要讓一批人可以很安心地去研究理論。在各方面的研究發(fā)展到一定程度的特定時候，會涌現(xiàn)出幾位大師。他們一定是很聰明的人，而且很可能像圖靈、香農(nóng)那樣在比較年輕的時候出頭，在自由寬松的科研環(huán)境下，凝聚各方面的突破性成果，取得一種革命性的突破。在這之前，我們更多地要關(guān)注的是國家經(jīng)濟和IT產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展中的一些實際的問題。

　　

　　2. 系統(tǒng)的復(fù)雜性呼喚理論突破

　　

　　我們不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有一個顯著的特點，就是人造系統(tǒng)正在變得越來越龐大和復(fù)雜，甚至已經(jīng)超出了我們目前的手段和工具可以控制的范圍。比如，一個國家的電網(wǎng)、一個城市的交通。隨著這些基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模和復(fù)雜程度的日益膨脹，它反而會脆弱到一旦出現(xiàn)任何小的差錯，都可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的紊亂、甚至失控。比如一場暴雨就能造成北京的交通癱瘓。對一個復(fù)雜巨系統(tǒng)的掌握和控制是我們學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同面臨的大事之一，它要求我們在科學(xué)理論和技術(shù)創(chuàng)新上取得突破。

　　

　　實際上IT本身的很多具體問題也是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)的問題，比如Microsoft的5000萬行代碼的Windows就是一個非常復(fù)雜的軟件系統(tǒng)；Intel最近提出萬億次、萬億位的處理器的概念，這也是一個非常復(fù)雜的硬件系統(tǒng)設(shè)計的挑戰(zhàn)；而Google的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，僅文本就有200多TB，而且是10倍壓縮率，再加上聲音、圖像等，可見其系統(tǒng)之龐大和復(fù)雜。

　　

　　這也就是說，系統(tǒng)優(yōu)化的工作還有很大的空間。人造系統(tǒng)復(fù)雜性的極度提升，導(dǎo)致了與之相應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化的方法與工具的缺位。同時，系統(tǒng)的復(fù)雜性也給我們敞開了很多從系統(tǒng)角度做科學(xué)研究的空間。如嵌入式系統(tǒng)，如萬億次計算、萬億位帶寬的處理器。一方面，我們?nèi)狈@樣的系統(tǒng)優(yōu)化的手段和工具；另一方面，系統(tǒng)優(yōu)化能力的提升也會給我們帶來非常多的好處。

　　

　　3. 全局優(yōu)化對產(chǎn)業(yè)的影響

　　

　　全局的優(yōu)化能給我們的IT產(chǎn)業(yè)帶來非常大的發(fā)展空間。

　　

　　其一為系統(tǒng)級優(yōu)化。比如無線通訊，我們現(xiàn)在做的很多事都是利用跨層(cross-layer)甚至無層的設(shè)計。不是一層一層地做，而是把整個系統(tǒng)看作一個完整的功能要求，做一個系統(tǒng)級的優(yōu)化，這在很多應(yīng)用中比起以往僵硬的層級化、模塊化設(shè)計來有很大優(yōu)勢。硬件軟件的聯(lián)合設(shè)計發(fā)展也非?？?。比如專用IP核(ASIP)和專用芯片(ASIC)的運用，以及現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和可重構(gòu)系統(tǒng)芯片(CSoC)的流行，從產(chǎn)業(yè)上為不管是嵌入式系統(tǒng)還是大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都帶來了很多的變化。如果我們把能耗的要求考慮進(jìn)去的話，就不可避免地要做系統(tǒng)級的優(yōu)化。

　　

　　另一種優(yōu)化我們暫且可以稱為全景級優(yōu)化。就是說在考慮背景、情景的情況下進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。在過去，我們遇到一個需求或設(shè)計要求時通常需要做的就是在一個表達(dá)模型下進(jìn)行編碼，從而計算、傳輸、存儲，而現(xiàn)在則可能是要形成一個交互式模型，在交互式作用下將這一切發(fā)展出來。也可以稱之為與情景相關(guān)的，共生的計算（symbiotic computing）、和諧的計算。

　　

　　二、IT教育變革需要產(chǎn)業(yè)方面的支撐

　　

　　1. 厚基礎(chǔ)、寬口徑的IT教育

　　

　　在學(xué)生培養(yǎng)的過程中，我們需要有國際化的視野。

　　

　　讓我們先來看一下清華大學(xué)信息學(xué)院與美國麻省理工學(xué)院（MIT）的EECS系的課程設(shè)置。

　　

　　目前，MIT信息學(xué)院學(xué)生的課程設(shè)置主要強調(diào)幾個方面。其一為生命科學(xué)與信息科學(xué)技術(shù)的結(jié)合。這主要來源于兩方面的需求：一方面，生命科學(xué)近年來獲得投入很多、發(fā)展勢頭很猛、前景十分廣闊，而IT的知識和工具對它的發(fā)展有很大幫助，也可以從中得到借鑒；另一方面，當(dāng)今的美國學(xué)生不太愿意學(xué)工程，但對生命相關(guān)的東西有較大興趣，將二者結(jié)合起來，有助于IT科學(xué)吸引更多人才。其二是強調(diào)國際化。其三是與工業(yè)、產(chǎn)業(yè)的緊密結(jié)合。

　　

　　MIT EECS延續(xù)了30年的課程體系剛剛做出很大的變革，其中非常值得注意的是將原有的4門核心課程減少為2門，且不論EE還是CS的學(xué)生都必修。它強調(diào)的是貫通EE和CS，強調(diào)的是減少授課時間，給予學(xué)生更多在開放式的、動手的環(huán)境中的體驗，強調(diào)的是由學(xué)生自主完成設(shè)計、模型和分析的整個延續(xù)的過程。核心課程之一是2006年春季開出的，學(xué)習(xí)抽象和模塊化、離散時間線性系統(tǒng)、基于概率推斷的噪聲和不確定性處理，以移動機器人為統(tǒng)一實驗室設(shè)置；核心課程之二是2006年秋季開出的，以手機為例學(xué)習(xí)數(shù)字和模擬信號、調(diào)制、通訊網(wǎng)絡(luò)。

　　對于清華大學(xué)信息學(xué)院的學(xué)生課程，我們也一直在進(jìn)行不斷的調(diào)整，并初步形成了全院統(tǒng)一的、跨學(xué)系的平臺課體系。我們在這方面也與企業(yè)合作做了一些工作，比如和展訊公司在技術(shù)和課程方面的合作。起初，清華大學(xué)信息技術(shù)研究院與展訊公司在開發(fā)3G手機芯片上開展合作，將清華大學(xué)在Turbo碼方面的核心技術(shù)貢獻(xiàn)于展訊研發(fā)的全球第一顆TD-SCDMA手機基帶芯片中，并由展訊共享清華大學(xué)在3G方面的多項發(fā)明專利。隨后，我們與展訊公司共同打造終端設(shè)計課程，由展訊提供手機開發(fā)平臺，為信息學(xué)院高年級本科生開設(shè)了32學(xué)時（8學(xué)時實驗）的課程。

　　

　　在這方面，其實有很多IT界的校友都可以提供支持與幫助，把業(yè)界技術(shù)的前沿和精華系統(tǒng)地傳授給學(xué)生。也可以提供一些先進(jìn)的系統(tǒng)平臺，讓學(xué)生可以接觸到實際的系統(tǒng)，既動腦又動手地學(xué)，既可以在上面做各種實驗，也可以組織一些競賽。誰也不知道學(xué)生在這些系統(tǒng)上能做出些什么來，他們的創(chuàng)造力總是超出我們的想象。也就是說，一切都有可能。當(dāng)然，最重要的是，這樣培養(yǎng)出來的人才，也最受企業(yè)歡迎。

　　

　　2. 培養(yǎng)學(xué)生的國際競爭能力

　　

　　培養(yǎng)學(xué)生要從師資抓起，青年教師的引進(jìn)是一個非常重要的環(huán)節(jié)。優(yōu)秀的年輕教師來到學(xué)校以后要有學(xué)術(shù)上的獨立性，才會有更大的成長空間。在這方面，目前鄧鋒學(xué)長的基金起到了很大的作用。青年教師做科研，沒有啟動資金，鄧鋒的捐贈給他們個人收入上的補貼，而學(xué)校再為他們提供一些配置基本辦公和實驗條件的費用，這就能給他們提供比較好的科研條件和環(huán)境。

　　

　　另一個重要的方面就是學(xué)生出國交流。目前在國際學(xué)術(shù)界對中國學(xué)生有一種不太好的印象，就是我們的很多文章被一些國際學(xué)術(shù)會議錄取后，作者卻不去宣講，除了簽證問題外，主要是因為經(jīng)費緊張。有些會議主辦方甚至有不成文的規(guī)定，錄用中國學(xué)生的文章不能超過一定比例，否則作者都不來，會議氣氛很不好。我們的學(xué)生國際交流計劃就是要改變這種狀況。如果國際學(xué)術(shù)界知道，清華大學(xué)的學(xué)生投了論文，是會去參加會議的，他們就不會人為設(shè)限，我們師生的成就更能得以彰顯。

　　

　　鄧鋒學(xué)長在捐給母校的1000余萬元人民幣中分出45萬美金，在信息學(xué)院設(shè)立了為期3年的兩個基金。其中，青年教師引進(jìn)基金目前有12人申請，6人獲準(zhǔn)；學(xué)生國際交流基金有267人申請，232人成行。這給信息學(xué)院的工作帶來了非常大的幫助。

　　

　　最近國家剛剛推出一個比較大規(guī)模的公派留學(xué)計劃。5年內(nèi)，全國每年公派留學(xué)5000人，其中少數(shù)直接攻讀國外學(xué)位，多數(shù)為6～24個月的合作培養(yǎng)。同時，我們通過一些校友的協(xié)助，正在與Stanford、UIUC、USC、Cornell等名校達(dá)成合作，進(jìn)行學(xué)生交流活動。我們有很多校友都有留學(xué)經(jīng)驗，可以在這方面幫助學(xué)校與其另一個母校聯(lián)系合作，促成一件對兩個母校都很有益的事。

　　

　　3. 學(xué)校與企業(yè)合作的模式

　　

　　我們在摸索一種新形勢下更有效、更緊密的學(xué)校和企業(yè)的合作模式。比如由學(xué)校與企業(yè)共建聯(lián)合科研機構(gòu)，建立一種穩(wěn)定、緊密、互補、共贏的合作攻關(guān)機制。以2003年新建的信息技術(shù)研究院為例，在這種模式下有十多個這樣的聯(lián)合研究所正在快速發(fā)展，也已經(jīng)取得了一些可喜的成績。

　　

　　總之，我們的IT教育與產(chǎn)業(yè)的互動，迫切需要產(chǎn)業(yè)的支持，在課程、實踐、創(chuàng)新等各方面來推動教育的更新和發(fā)展。（本文根據(jù)作者演講整理而成，作者為清華大學(xué)信息學(xué)院副院長）