IT教育與產業的互動

　　

　　1. 回顧信息科學技術的發展

　　

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

　　

　　機器計算的基礎理論誕生于上世紀三四十年代，除了眾所周知的圖靈機，香農(C.E. Shannon)、維納(N. Wiener)在創立奠定經典信息論、控制論的基礎之前，也都在計算機的邏輯功能和設計原則等方面做出了重要貢獻。在很大程度上可以認為，從第一代的馮?諾依曼機開始，六七十年前發展起來的這些理論一直支撐著計算機一代一代“進化”到現在。

　　

　　計算機本來就是人造的東西，無論大小（巨型機、微型機）、分合（分布式、集中式）、串并（串行化、并行化），它都一直是在二進制理論基礎上發展，一直都沒有實質意義上的“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，日本投入巨資開發第五代計算機，最后無疾而終，關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，在目前國民經濟高速發展、IT成為國家支柱產業的情況下，我個人覺得IT教育應該更多關注產業發展的需求，要更多地引導多數學生為投入蓬勃發展的IT產業做好準備，畢業后為國家抓住戰略機遇、實現跨越發展整體上做出有影響的貢獻。

　　

　　理論上的突破不是大兵團作戰的事，而往往是“有心栽花花不開，無心插柳柳成蔭”。關鍵在于政策上要有相應的保證，要讓一批人可以很安心地去研究理論。在各方面的研究發展到一定程度的特定時候，會涌現出幾位大師。他們一定是很聰明的人，而且很可能像圖靈、香農那樣在比較年輕的時候出頭，在自由寬松的科研環境下，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，我們更多地要關注的是國家經濟和IT產業迅速發展中的一些實際的問題。

　　

　　2. 系統的復雜性呼喚理論突破

　　

　　我們不難發現，當前科學技術的發展有一個顯著的特點，就是人造系統正在變得越來越龐大和復雜，甚至已經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、一個城市的交通。隨著這些基礎設施的規模和復雜程度的日益膨脹，它反而會脆弱到一旦出現任何小的差錯，都可能導致整個系統的紊亂、甚至失控。比如一場暴雨就能造成北京的交通癱瘓。對一個復雜巨系統的掌握和控制是我們學術界和產業界共同面臨的大事之一，它要求我們在科學理論和技術創新上取得突破。

　　

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

　　

　　這也就是說，系統優化的工作還有很大的空間。人造系統復雜性的極度提升，導致了與之相應系統優化的方法與工具的缺位。同時，系統的復雜性也給我們敞開了很多從系統角度做科學研究的空間。如嵌入式系統，如萬億次計算、萬億位帶寬的處理器。一方面，我們缺乏這樣的系統優化的手段和工具；另一方面，系統優化能力的提升也會給我們帶來非常多的好處。

　　

　　3. 全局優化對產業的影響

　　

　　全局的優化能給我們的IT產業帶來非常大的發展空間。

　　

　　其一為系統級優化。比如無線通訊，我們現在做的很多事都是利用跨層(cross-layer)甚至無層的設計。不是一層一層地做，而是把整個系統看作一個完整的功能要求，做一個系統級的優化，這在很多應用中比起以往僵硬的層級化、模塊化設計來有很大優勢。硬件軟件的聯合設計發展也非常快。比如專用IP核(ASIP)和專用芯片(ASIC)的運用，以及現場可編程門陣列(FPGA)和可重構系統芯片(CSoC)的流行，從產業上為不管是嵌入式系統還是大的網絡系統都帶來了很多的變化。如果我們把能耗的要求考慮進去的話，就不可避免地要做系統級的優化。

　　

　　另一種優化我們暫且可以稱為全景級優化。就是說在考慮背景、情景的情況下進行系統優化。在過去，我們遇到一個需求或設計要求時通常需要做的就是在一個表達模型下進行編碼，從而計算、傳輸、存儲，而現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展出來。也可以稱之為與情景相關的，共生的計算（symbiotic computing）、和諧的計算。

　　

　　二、IT教育變革需要產業方面的支撐

　　

　　1. 厚基礎、寬口徑的IT教育

　　

　　在學生培養的過程中，我們需要有國際化的視野。

　　

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

　　

　　目前，MIT信息學院學生的課程設置主要強調幾個方面。其一為生命科學與信息科學技術的結合。這主要來源于兩方面的需求：一方面，生命科學近年來獲得投入很多、發展勢頭很猛、前景十分廣闊，而IT的知識和工具對它的發展有很大幫助，也可以從中得到借鑒；另一方面，當今的美國學生不太愿意學工程，但對生命相關的東西有較大興趣，將二者結合起來，有助于IT科學吸引更多人才。其二是強調國際化。其三是與工業、產業的緊密結合。

　　

　　MIT EECS延續了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的學生都必修。它強調的是貫通EE和CS，強調的是減少授課時間，給予學生更多在開放式的、動手的環境中的體驗，強調的是由學生自主完成設計、模型和分析的整個延續的過程。核心課程之一是2006年春季開出的，學習抽象和模塊化、離散時間線性系統、基于概率推斷的噪聲和不確定性處理，以移動機器人為統一實驗室設置；核心課程之二是2006年秋季開出的，以手機為例學習數字和模擬信號、調制、通訊網絡。

　　對于清華大學信息學院的學生課程，我們也一直在進行不斷的調整，并初步形成了全院統一的、跨學系的平臺課體系。我們在這方面也與企業合作做了一些工作，比如和展訊公司在技術和課程方面的合作。起初，清華大學信息技術研究院與展訊公司在開發3G手機芯片上開展合作，將清華大學在Turbo碼方面的核心技術貢獻于展訊研發的全球第一顆TD-SCDMA手機基帶芯片中，并由展訊共享清華大學在3G方面的多項發明專利。隨后，我們與展訊公司共同打造終端設計課程，由展訊提供手機開發平臺，為信息學院高年級本科生開設了32學時（8學時實驗）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，把業界技術的前沿和精華系統地傳授給學生。也可以提供一些先進的系統平臺，讓學生可以接觸到實際的系統，既動腦又動手地學，既可以在上面做各種實驗，也可以組織一些競賽。誰也不知道學生在這些系統上能做出些什么來，他們的創造力總是超出我們的想象。也就是說，一切都有可能。當然，最重要的是，這樣培養出來的人才，也最受企業歡迎。

　　

　　2. 培養學生的國際競爭能力

　　

　　培養學生要從師資抓起，青年教師的引進是一個非常重要的環節。優秀的年輕教師來到學校以后要有學術上的獨立性，才會有更大的成長空間。在這方面，目前鄧鋒學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境。

　　

　　另一個重要的方面就是學生出國交流。目前在國際學術界對中國學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術會議錄取后，作者卻不去宣講，除了簽證問題外，主要是因為經費緊張。有些會議主辦方甚至有不成文的規定，錄用中國學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。我們的學生國際交流計劃就是要改變這種狀況。如果國際學術界知道，清華大學的學生投了論文，是會去參加會議的，他們就不會人為設限，我們師生的成就更能得以彰顯。

　　

　　鄧鋒學長在捐給母校的1000余萬元人民幣中分出45萬美金，在信息學院設立了為期3年的兩個基金。其中，青年教師引進基金目前有12人申請，6人獲準；學生國際交流基金有267人申請，232人成行。這給信息學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模的公派留學計劃。5年內，全國每年公派留學5000人，其中少數直接攻讀國外學位，多數為6～24個月的合作培養。同時，我們通過一些校友的協助，正在與Stanford、UIUC、USC、Cornell等名校達成合作，進行學生交流活動。我們有很多校友都有留學經驗，可以在這方面幫助學校與其另一個母校聯系合作，促成一件對兩個母校都很有益的事。

　　

　　3. 學校與企業合作的模式

　　

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

　　

　　總之，我們的IT教育與產業的互動，迫切需要產業的支持，在課程、實踐、創新等各方面來推動教育的更新和發展。（本文根據作者演講整理而成，作者為清華大學信息學院副院長）