科教融合開展高水平微處理器設(shè)計人才培養(yǎng)

馬勝 賴明澈 沈立

[摘 要] 采用科教融合的方式，基于一流的科研成果開展一流的人才培養(yǎng)是有效提升微處理器設(shè)計人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。片上互連網(wǎng)絡(luò)作為多核或眾核處理器核間互連和協(xié)同工作的基礎(chǔ)，對微處理器的設(shè)計至關(guān)重要;因此，高水平的微處理器設(shè)計人才必須熟練掌握片上互連網(wǎng)絡(luò)的基本原理和工作機(jī)制。國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院的教學(xué)團(tuán)隊采用科教融合的方式開展“片上互連網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)，在教學(xué)團(tuán)隊組建、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法改革、實踐環(huán)節(jié)設(shè)計等方面進(jìn)行了改革，取得了較好的教學(xué)效果，同時對課程的教學(xué)實踐和改革情況進(jìn)行了總結(jié)。

[關(guān)鍵詞] 片上互連網(wǎng)絡(luò);科教融合;微處理器設(shè)計;人才培養(yǎng)

[基金項目] 2019年度湖南省教育廳普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究課題“人工智能背景下的微處理器設(shè)計人才培養(yǎng)”（湘教通〔2019〕291號-6）;2020年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“新工科背景下加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人的集成電路設(shè)計人才培養(yǎng)方案的改革與探索”（202002274003）;2020年度教育部第二批新工科研究與實踐項目“面向國家急需，培養(yǎng)自主可控微處理器設(shè)計人才的創(chuàng)新與實踐”（E-DZYQ20201405）

[作者簡介] 馬 勝（1986—），男，湖南永州人，博士，國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院計算科學(xué)系系統(tǒng)室副主任，副研究員，主要從事片上互連網(wǎng)絡(luò)和微處理器設(shè)計研究;賴明澈（1982—），男，湖北石首人，博士，國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院計算機(jī)研究所副所長，研究員，主要從事微處理器設(shè)計和高性能計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計研究;沈 立（1976—），男，陜西西安人，博士，國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院計算科學(xué)系副主任，教授，主要從事微處理器設(shè)計和高性能計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計研究。

[中圖分類號] G649.21? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）51-0171-06? ? [收稿日期] 2021-05-06

一、引言

如何破解集成電路技術(shù)目前面臨的“卡脖子”難題是國家亟待解決的一個重大戰(zhàn)略問題。作為信息系統(tǒng)的核心器件，我國自主可控微處理器的設(shè)計能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外，“卡脖子”的情況更加嚴(yán)重。人才是集成電路技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一資源，但人才匱乏已成為當(dāng)前嚴(yán)重制約我國集成電路技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。目前我國急缺理論水平高、創(chuàng)新意識好、實踐能力強(qiáng)、能夠有效解決實際科學(xué)與工程問題的復(fù)合型微處理器設(shè)計人才。

微處理器設(shè)計工作對人才能力需求的一個顯著特點是對理論知識水平和實踐動手能力要求都較高，因此人才培養(yǎng)需要在理論學(xué)習(xí)和實踐教學(xué)方面進(jìn)行良好的權(quán)衡。一方面，重理論、輕實踐容易造成所培養(yǎng)的人才工程實踐能力較弱，理論與實踐相脫節(jié)，無法解決實際工程問題;另一方面，重實踐、輕理論容易造成所培養(yǎng)的人才理論水平不高，局限于工程細(xì)節(jié)，發(fā)展?jié)摿蛯哟问芟蕖?/p>

采用科教融合的方式，基于一流的科研成果開展一流的人才培養(yǎng)是有效提升微處理器設(shè)計人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院在微處理器設(shè)計領(lǐng)域取得了較為豐碩的科研成果，學(xué)院長期以來以國家和軍隊對計算機(jī)系統(tǒng)和核心芯片研制自主可控的需求為導(dǎo)向，先后研制了30余款高端處理器芯片，在ISCA、HPCA、MICRO、DAC、IEEE TC、IEEE TPDS等微處理器設(shè)計領(lǐng)域頂級國際會議和期刊上發(fā)表了多篇高影響力的論文，在微處理器設(shè)計領(lǐng)域掌握了許多核心關(guān)鍵技術(shù)。如何基于這些豐碩的科研成果開展人才培養(yǎng)，切實提升微處理器設(shè)計人才培養(yǎng)質(zhì)量是我院面臨的一項挑戰(zhàn)。本文描述了國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院“片上互連網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)團(tuán)隊以科教融合的方式開展人才培養(yǎng)的一些實踐經(jīng)驗。

片上互連網(wǎng)絡(luò)作為多核處理器或眾核處理器核間互連和協(xié)同工作的基礎(chǔ)，對微處理器設(shè)計至關(guān)重要，也是微處理器設(shè)計領(lǐng)域的一個重要研究方向[1，2]。國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院契合業(yè)界需求，自2010年起開始面向碩士研究生和博士研究生開設(shè)了“片上互連網(wǎng)絡(luò)”課程。為了有效提升微處理器設(shè)計人才的培養(yǎng)質(zhì)量，課程教學(xué)團(tuán)隊多年來堅持采用“以科研促進(jìn)教學(xué)，以教學(xué)反哺科研”的方式開展課程教學(xué)，在教學(xué)團(tuán)隊組建、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法創(chuàng)新、實踐環(huán)節(jié)設(shè)計等方面進(jìn)行了大量改革，取得了較好的教學(xué)效果。第一，課程教學(xué)團(tuán)隊由來自教學(xué)一線和科研一線的優(yōu)秀教員組成，既具備了豐富的教學(xué)經(jīng)驗，又具備了優(yōu)秀的科研能力，為保證本課程的理論教學(xué)和實踐教學(xué)的順利開展奠定了良好的基礎(chǔ)。第二，為使學(xué)生既打牢堅實的基礎(chǔ)，又較好地熟悉該領(lǐng)域的研究前沿，課程教學(xué)內(nèi)容既涵蓋了片上互連網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容，又引入了業(yè)界的最新科研成果。第三，課程教學(xué)過程采取了多種創(chuàng)新教學(xué)手段，包括BOPPPS教學(xué)模式[3，4]、參與式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂[5，6]等，較好地提升了學(xué)生的課堂參與度和學(xué)習(xí)積極性。第四，課程教學(xué)團(tuán)隊對課程的實驗環(huán)境設(shè)置和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了大量創(chuàng)新，一方面，基于科研項目中取得的部分科研成果建立了較為優(yōu)秀的實踐教學(xué)環(huán)境;另一方面，要求學(xué)生使用上述實踐教學(xué)環(huán)境重現(xiàn)一些高水平論文的實驗結(jié)果，加深對理論知識的理解，并激發(fā)創(chuàng)新靈感。源于在課程學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的靈感，學(xué)生在片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計領(lǐng)域取得了較為突出的科研成績，在權(quán)威會議或期刊上發(fā)表了多篇論文[7-13 ]。

二、課程介紹

（一）教學(xué)目標(biāo)

國防科技大學(xué)“片上互連網(wǎng)絡(luò)”課程是該校計算機(jī)學(xué)院面向微處理器設(shè)計專業(yè)和計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)專業(yè)的碩士研究生和博士研究生開設(shè)的專業(yè)課程，課程開設(shè)緊貼業(yè)界需求。當(dāng)前微處理器設(shè)計已進(jìn)入多核或眾核處理器時代，片上互連網(wǎng)絡(luò)已成為決定微處理器性能、能效和可靠性的關(guān)鍵因素;因此微處理器設(shè)計人才必須在片上互連網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域具備較高的理論水平和實踐能力。為了滿足上述需求，課程通過理論學(xué)習(xí)和實踐鍛煉，使學(xué)生理解和掌握片上互連網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路由算法、流控機(jī)制、路由器微處理器、死鎖避免機(jī)制等。同時，為了提升學(xué)生的創(chuàng)新水平和實踐能力，課程內(nèi)容還將涵蓋業(yè)界的最新研究進(jìn)展，包括Cache一致性片上網(wǎng)絡(luò)、領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨髌暇W(wǎng)絡(luò)、光互連片上網(wǎng)絡(luò)等。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將在片上互連網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域具備較高的理論水平和工程實踐能力。

（二）教學(xué)體系

表1描述了“片上互連網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)體系。課程共包括36個學(xué)時，主要分成兩種類型的主題：一是基本原理部分，主要包括5個主題，分別為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路由算法、流控機(jī)制、路由器微結(jié)構(gòu)和死鎖避免機(jī)制。每個主題包含6個學(xué)時，由講授、研討和實踐組成，其中講授2個學(xué)時、研討2個學(xué)時、實踐2個學(xué)時。二是領(lǐng)域前沿知識，主要包括3個專題，分別為Cache一致性片上網(wǎng)絡(luò)、光互連片上網(wǎng)絡(luò)和領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨髌暇W(wǎng)絡(luò)。每個主題包含2個學(xué)時，其中講授1個學(xué)時、研討1個學(xué)時。

課程每個主題的具體講授內(nèi)容如下。

1.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本主題主要講授片上互連網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括環(huán)網(wǎng)、網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)、torus網(wǎng)絡(luò)、胖樹等。講授過程重點關(guān)注決定片上互連網(wǎng)絡(luò)性能和能效的關(guān)鍵因素，包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的等分帶寬、網(wǎng)絡(luò)直徑、節(jié)點度等。

2.路由算法。本主題主要講授片上互連網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典路由算法，包括維序路由算法、轉(zhuǎn)向模型路由算法、完全自適應(yīng)路由算法和Valiant路由算法等。講授過程重點關(guān)注不同路由算法在路徑多樣性、擁塞避免能力、容錯能力等方面的差異。

3.流控機(jī)制。本主題主要講授片上互連網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典流控機(jī)制，包括蟲孔流控機(jī)制、虛切通流控機(jī)制、存儲轉(zhuǎn)發(fā)流控機(jī)制等。講授過程重點關(guān)注不同流控機(jī)制在路由器緩沖容量、報文轉(zhuǎn)發(fā)過程、死鎖特性等方面的差異。

4.路由器微結(jié)構(gòu)。本主題主要講授片上互連網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典路由器微結(jié)構(gòu)，包括蟲孔路由器、虛切通路由器、猜測交叉開關(guān)分配路由器等。講授過程重點關(guān)注不同類型路由器在組成結(jié)構(gòu)、性能、面積開銷和功耗開銷等方面的差異。

5.死鎖避免機(jī)制。本主題主要講授片上互連網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典死鎖避免機(jī)制，包括Dally死鎖避免理論、Duato死鎖避免理論、協(xié)議層死鎖的避免機(jī)制等。講授過程重點關(guān)注不同類型的死鎖避免理論在緩沖資源需求、虛通道數(shù)目需求、報文傳輸限制等方面的差異。

6.Cache一致性片上網(wǎng)絡(luò)。本主題主要講授片上互連網(wǎng)絡(luò)和Cache一致性協(xié)議協(xié)同設(shè)計取得的最新研究進(jìn)展，主要包括面向Cache一致性協(xié)議的通信特性優(yōu)化片上互連網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及基于片上互連網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特性優(yōu)化Cache一致性協(xié)議的設(shè)計兩個方面。

7.光互連片上網(wǎng)絡(luò)。本主題主要講授光互連片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的基本原理和業(yè)界最新進(jìn)展，重點對光互連片上網(wǎng)絡(luò)相對于傳統(tǒng)片上網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢和缺陷進(jìn)行分析，包括傳輸帶寬、傳輸延遲、面積開銷、功耗開銷、集成度等方面。

8.領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨髌暇W(wǎng)絡(luò)。本主題主要講授業(yè)界最新的科學(xué)計算加速器、人工智能加速器等領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨鞯钠暇W(wǎng)絡(luò)設(shè)計。講授過程重點關(guān)注領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨髌暇W(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法學(xué)，包括如何基于領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨鞯耐ㄐ盘匦远ㄖ破暇W(wǎng)絡(luò)的設(shè)計等。

針對上述8個主題，課程均安排了研討教學(xué)環(huán)節(jié)。研討教學(xué)的內(nèi)容為業(yè)界最新的研究成果，這些研究成果主要從近年的體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域頂級學(xué)術(shù)會議或期刊發(fā)表的論文中選取。學(xué)生被分成多個小組進(jìn)行研討，研討過程重點關(guān)注論文所提出的創(chuàng)新點和優(yōu)缺點等。

課程針對前5個主題還安排了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生對講授環(huán)節(jié)所講解的經(jīng)典設(shè)計或研討環(huán)節(jié)所討論的最新設(shè)計進(jìn)行重現(xiàn)。通過重現(xiàn)這些設(shè)計，一方面能加深學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解;另一方面能更好地激發(fā)創(chuàng)新靈感，提出更為新穎的設(shè)計。

三、科教融合人才培養(yǎng)

自課程開設(shè)以來，為了提升教學(xué)效果，課程教學(xué)團(tuán)隊堅持采用“以科研促進(jìn)教學(xué)，以教學(xué)反哺科研”的科教融合方式開展課程教學(xué)，在教學(xué)團(tuán)隊組建、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法創(chuàng)新、實踐環(huán)節(jié)設(shè)計等方面進(jìn)行了大量改革，取得了較好的教學(xué)效果。本節(jié)對這些方面的實踐情況進(jìn)行具體描述。

（一）教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)

本課程的理論教學(xué)內(nèi)容不僅涵蓋了片上互連網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典設(shè)計，而且涵蓋了領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，對課程教學(xué)團(tuán)隊的理論知識水平要求較高，同時課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)要求學(xué)生對片上互連網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典設(shè)計或領(lǐng)域最新研究進(jìn)展進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計，對課程教學(xué)團(tuán)隊的實踐能力要求較高。

為了滿足以上需求，課程教學(xué)團(tuán)隊由來自教學(xué)一線和科研一線的優(yōu)秀教師組成。來自學(xué)院教學(xué)系教師長期從事教學(xué)工作，教學(xué)經(jīng)歷豐富，主講的多門課程入選國家級或省部級金課，曾獲得全軍育才獎、學(xué)校優(yōu)秀教師獎、學(xué)校優(yōu)秀教學(xué)獎等多項教學(xué)獎勵，所培養(yǎng)的研究生多次獲得省部級優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎、優(yōu)秀碩士學(xué)位論文獎或國家一級學(xué)會的優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎等。來自學(xué)院工程系的教師長期從事片上互連網(wǎng)絡(luò)和微處理器設(shè)計領(lǐng)域的科研工作，科研經(jīng)驗豐富，在片上互連網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域取得了豐碩的科研成果，曾獲得軍隊科技進(jìn)步一等獎、教育部自然科學(xué)二等獎、湖南省自然科學(xué)二等獎、全國創(chuàng)新爭先獎牌等多項獎勵。教學(xué)團(tuán)隊通過教學(xué)片教師和科研片教師的協(xié)同合作有效提升了課程的教學(xué)質(zhì)量，來自教學(xué)一線的教師主要負(fù)責(zé)理論教學(xué)和研討環(huán)節(jié)的實施及質(zhì)量管控，來自科研一線的教師主要負(fù)責(zé)實踐環(huán)節(jié)的實施和質(zhì)量管控。

（二）教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

為了提升課程教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)團(tuán)隊采用科教融合的方式精心設(shè)計了課程教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容不僅涵蓋了片上互連網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的經(jīng)典知識，包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路由算法、流控機(jī)制、路由器微結(jié)構(gòu)、死鎖避免機(jī)制等，而且把科研界最新的研究成果，包括Cache一致性片上網(wǎng)絡(luò)、領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨髌暇W(wǎng)絡(luò)、光互連片上網(wǎng)絡(luò)等融入課程教學(xué)中。

在表1所描述的基本原理類型的教學(xué)內(nèi)容所對應(yīng)的5個主題中，均安排了2個學(xué)時用于講授經(jīng)典理論，2個學(xué)時用于對業(yè)界的最新研究進(jìn)展進(jìn)行研討。研討的內(nèi)容從發(fā)表在業(yè)界頂級學(xué)術(shù)會議或期刊上的最新研究成果中選取。通過對這些高質(zhì)量的學(xué)術(shù)論文進(jìn)行研討，學(xué)生不僅掌握了業(yè)界最新的研究進(jìn)展，而且提升了自己從事科學(xué)研究的能力。此外，課程還設(shè)置了6個學(xué)時來講授領(lǐng)域前沿知識，這些前沿領(lǐng)域大都來自片上互連網(wǎng)絡(luò)與其他研究領(lǐng)域的交叉方向，對于拓展學(xué)生的科研視野，掌握領(lǐng)域發(fā)展趨勢有較大的幫助。比如，設(shè)計領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨饕殉蔀橛嬎銠C(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究熱點，領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨鞯耐ㄐ盘匦耘c通用處理器有很大不同，對片上互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計提出了許多新的要求;因此，課程專門設(shè)置了兩個學(xué)時講授和研討領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨髌暇W(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。

通過上述將基礎(chǔ)理論知識和領(lǐng)域前沿知識融合的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置方式，學(xué)生不僅能較好地掌握片上互連網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)基礎(chǔ)理論知識，還能較好地把握業(yè)界研究的最新進(jìn)展。

（三）教學(xué)方法創(chuàng)新

課程教學(xué)團(tuán)隊綜合使用了講授、研討和實踐等多種教學(xué)手段，在教學(xué)方法上采取了大量改革措施，有效提升了課程教學(xué)質(zhì)量。

1.講授過程著重改變“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，基于BOPPPS教學(xué)理論對課堂教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計，將課堂教學(xué)劃分成多個教學(xué)小單元，通過導(dǎo)入、預(yù)測試、參與式學(xué)習(xí)、后測試等方式抓住了學(xué)生的注意力，提高了學(xué)生的課堂參與度，有效提高了教學(xué)效果。比如，在導(dǎo)入過程中提出一些引導(dǎo)性的問題，吸引學(xué)生的注意力，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。又如，采用參與式教學(xué)讓學(xué)生分組對不同死鎖避免機(jī)制的優(yōu)缺點進(jìn)行研討，有效地加深了學(xué)生對經(jīng)典死鎖避免機(jī)制的理解和掌握。

2.研討過程采用了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法。學(xué)生以兩人為一組從給定的候選論文中選取一篇論文進(jìn)行研討。課堂上由教師從每組中隨機(jī)抽取一名學(xué)生在15分鐘內(nèi)通過PPT講解所選定的論文的主要研究思想和實驗結(jié)果，其余組的同學(xué)負(fù)責(zé)提問，問題主要圍繞論文的創(chuàng)新性、優(yōu)缺點等展開，鼓勵提出評判性的問題。研討過程不僅對主講論文的學(xué)生進(jìn)行評分，也對負(fù)責(zé)提問的學(xué)生進(jìn)行評分。評分標(biāo)準(zhǔn)主要考慮學(xué)生介紹論文的準(zhǔn)確性和清晰性、提問的水平、回答問題的準(zhǔn)確性。這種翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法能有效地激勵學(xué)生主動閱讀論文，并有效提升學(xué)生開展批判性思考的能力。

3.課程提高了對實踐過程的考核要求。課程綜合使用現(xiàn)場驗收和實驗報告評閱的方式對實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行考核。現(xiàn)場驗收關(guān)注學(xué)生實驗的完成度，教師和教輔人員通過現(xiàn)場提問的方式對代碼邏輯和功能進(jìn)行考核，判斷學(xué)生的實驗是否獨立完成。教師和教輔人員通過評閱實驗報告，對學(xué)生的分析、歸納和總結(jié)能力進(jìn)行考核。

（四）實踐環(huán)節(jié)設(shè)計

課程教學(xué)團(tuán)隊采用科教融合的方式對課程的實驗環(huán)境設(shè)置和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了大量創(chuàng)新。一方面，將科研項目研究過程中取得的部分優(yōu)秀科研成果，包括片上網(wǎng)絡(luò)時鐘精確模擬器和RTL級路由器提供給學(xué)生使用，建立了較為優(yōu)秀的實踐教學(xué)環(huán)境。課程教學(xué)團(tuán)隊的片上網(wǎng)絡(luò)時鐘精確模擬器和RTL級路由器已經(jīng)獲得了業(yè)界的廣泛認(rèn)可，課程教學(xué)團(tuán)隊基于這兩個實驗工具已經(jīng)發(fā)表了多篇高水平論文。另一方面，要求學(xué)生使用上述實踐教學(xué)環(huán)境重現(xiàn)一些高水平論文的實驗結(jié)果，加深學(xué)生對理論知識的理解，并激發(fā)創(chuàng)新靈感。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生可以進(jìn)一步提出創(chuàng)新設(shè)計。

以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主題為例，課程安排的實踐環(huán)節(jié)是重現(xiàn)一篇來自國際計算機(jī)設(shè)計年會的論文中的實驗結(jié)果。該論文為回復(fù)報文設(shè)計了一個無沖突的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，消除了路由器的緩存等部件。學(xué)生在重現(xiàn)該論文設(shè)計的過程中，產(chǎn)生了靈感，認(rèn)為設(shè)計無沖突的請求報文網(wǎng)絡(luò)也能帶來較好的收益。在課程結(jié)束之后，持續(xù)對這個研究點進(jìn)行研究，最終在CCF推薦的A類國際頂級會議（DAC-2016）上發(fā)表了一篇高水平學(xué)術(shù)論文[ 11 ]。此外，還有學(xué)生將課程實驗創(chuàng)作的設(shè)計申請并獲授權(quán)一項專利。

四、教學(xué)效果

課程采用科教融合的方式開展微處理器設(shè)計人才的培養(yǎng)，既有效提升了學(xué)生在片上互連網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的理論水平，又提高了他們的創(chuàng)新能力和實踐水平。課程自開設(shè)以來，受到了學(xué)生的廣泛好評，學(xué)生的評教結(jié)果多次為“優(yōu)秀”。

學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程不僅掌握了片上互連網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識和領(lǐng)域前沿知識，還通過研討環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)提高了自己的動手實踐能力和創(chuàng)新水平。學(xué)生基于本課程教學(xué)過程中產(chǎn)生的靈感在片上互連網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域發(fā)表CCF A類論文3篇、B類論文2篇、C類論文2篇[7-13 ]，體現(xiàn)了較高的創(chuàng)新水平和實踐能力。學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中掌握的包括時鐘精確模擬器和RTL級路由器在內(nèi)的實驗工具對他們有較大的幫助。學(xué)生不僅將這些實驗工具用于今后的科學(xué)研究，部分學(xué)生還用于工作崗位，在微處理器設(shè)計工作中取得了較好的效果。課程教學(xué)團(tuán)隊每年都對選修本課程的學(xué)生進(jìn)行回訪調(diào)查，絕大部分學(xué)生都對課程的科教融合教學(xué)模式表示認(rèn)同，表示自己通過選修本課程可以學(xué)習(xí)到很多對自己今后學(xué)習(xí)和工作有用的知識。

五、結(jié)語

本文對國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院采取科教融合的方式開展“片上互連網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)實踐情況進(jìn)行了描述。課程教學(xué)團(tuán)隊多年來堅持采用“以科研促進(jìn)教學(xué)，以教學(xué)反哺科研”的方式開展課程教學(xué)，在教學(xué)團(tuán)隊組建、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法創(chuàng)新、實踐環(huán)節(jié)設(shè)計等方面進(jìn)行了大量改革。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不但提升了在片上互連網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的理論水平，而且提高了在片上互連網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和實踐水平，取得了較好的教學(xué)效果。

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