大數(shù)據(jù)環(huán)境下高性能計(jì)算在研究生教育中的創(chuàng)新改革

謝曉蘭++谷曉峰++廖文琦

摘 要：文章分析了目前大數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境和高性能在此環(huán)境下的生存現(xiàn)狀與大數(shù)據(jù)的關(guān)系，針對目前大數(shù)據(jù)環(huán)境下高校中研究生的高性能計(jì)算的教學(xué)問題做了探究，對其中實(shí)踐教學(xué)比重薄弱、資源匱乏且未得到充分利用、人才培養(yǎng)與當(dāng)下大數(shù)據(jù)時(shí)代結(jié)合緊密度不夠等問題做了詳細(xì)闡述，并就這些問題指出了研究生HPC教學(xué)的改革路線。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；高性能計(jì)算；HPC；實(shí)踐創(chuàng)新

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、引言

在目前熱門的大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢下，高性能計(jì)算在培養(yǎng)高質(zhì)量計(jì)算機(jī)人才和智能技術(shù)創(chuàng)新等方面起著重要作用，而研究生教育肩負(fù)著為國家現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)高素質(zhì)、高層次創(chuàng)造型人才的重任。所以，如何依托計(jì)算機(jī)學(xué)科優(yōu)勢在大數(shù)據(jù)的新形勢下對研究生的高性能計(jì)算教育以及針對研究生的高性能平臺(tái)的建設(shè)便是高性能計(jì)算改革創(chuàng)新的新重點(diǎn)。

二、大數(shù)據(jù)與高性能計(jì)算的關(guān)系

從上圖我們可以看到，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來對于高性能計(jì)算的革新是一個(gè)機(jī)遇，我們以HPC作為基礎(chǔ)計(jì)算平臺(tái)為大數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)且必需的服務(wù)，而大數(shù)據(jù)作為服務(wù)對象和目標(biāo)需求體改變和提升著高性能計(jì)算的系統(tǒng)性能、應(yīng)用群體和應(yīng)用模式。

三、現(xiàn)今高校研究生高性能計(jì)算的教學(xué)問題

縱觀國內(nèi)目前的高性能計(jì)算教學(xué)，相當(dāng)一部分高校都存在著各種各樣的問題。

（1）并行計(jì)算實(shí)踐環(huán)節(jié)相對單薄。以桂林理工大學(xué)為例，桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院現(xiàn)有一個(gè)學(xué)術(shù)型碩士點(diǎn)（計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)），兩個(gè)專業(yè)型碩士點(diǎn)（軟件工程和計(jì)算機(jī)技術(shù)），對于這三個(gè)專業(yè)的研究生來講，高性能計(jì)算是一門非常有必要學(xué)習(xí)和掌握的一門專業(yè)技術(shù)與知識(shí)，而就目前的情況來看，由于一些客觀原因，高性能計(jì)算教學(xué)在理論與實(shí)踐方面還是有一定程度的脫節(jié)，除了一些外在因素導(dǎo)致的HPC資源匱乏，很大一部分原因是在研究生的HPC教育與本科生的HPC教育上沒有根據(jù)兩個(gè)階段學(xué)生的不同學(xué)習(xí)水平設(shè)置針對性的教學(xué)內(nèi)容。對于研究生來說，沒有充分考慮到其對于HPC真正所需的實(shí)踐性極強(qiáng)的互動(dòng)性教學(xué)需求，即研究生反而比本科生更需要及時(shí)地通過實(shí)踐練習(xí)和互動(dòng)鞏固知識(shí)點(diǎn)，所以現(xiàn)有的 HP實(shí)踐教育模式、教育內(nèi)容的科學(xué)規(guī)劃、實(shí)踐環(huán)境的動(dòng)態(tài)構(gòu)建、實(shí)踐平臺(tái)的交互性、如何利用國家 HPC源等方面有待進(jìn)一步的突破。

（2）高性能計(jì)算平臺(tái)建設(shè)問題。一個(gè)好的平臺(tái)建設(shè)是可以吸引用戶去使用的，高校中高性能計(jì)算平臺(tái)的建設(shè)對研究生的高性能計(jì)算的應(yīng)用是至關(guān)重要的。就目前桂林理工大學(xué)高性能計(jì)算平臺(tái)建設(shè)來說，雖然較前幾年已經(jīng)有了很大的改進(jìn)，但是由于區(qū)域性資源的跟進(jìn)緩慢，在平臺(tái)建設(shè)效率上還是有待提高。對于研究生來說，如何充分讓其利用HPC平臺(tái)來為自身的學(xué)習(xí)科研而最大限度利用資源，也是目前我們需要解決的問題之一。

（3）與高性能計(jì)算高層次人才培養(yǎng)緊密度不夠高。在國家高性能計(jì)算研究應(yīng)用的不斷推進(jìn)中，高性能計(jì)算人才的培養(yǎng)也逐漸成為焦點(diǎn)，尤其是在目前大數(shù)據(jù)時(shí)代下，如何通過高性能計(jì)算來培養(yǎng)出新型的大數(shù)據(jù)科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域的人才也是目前部分高校在計(jì)算機(jī)類研究生科學(xué)計(jì)算培養(yǎng)方面需要改進(jìn)的，這是發(fā)展我國高性能計(jì)算技術(shù)的關(guān)鍵。因此，培養(yǎng)高性能計(jì)算專業(yè)人才、構(gòu)建教學(xué)和人才培養(yǎng)體系、促進(jìn)高性能計(jì)算人才與國家高性能計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域的銜接至關(guān)重要。

四、高性能計(jì)算在研究生教育中的改革路線

（1）針對研究生的高性能計(jì)算的實(shí)踐環(huán)節(jié)相對薄弱的問題，教師需要將傳統(tǒng)高性能計(jì)算課程和有針對性的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)兩種形式的教學(xué)模式做一個(gè)有機(jī)的平衡比結(jié)合，這個(gè)可針對專業(yè)要求按需分配。很多人以為研究生跟本科生比應(yīng)以多研究理論為主，恰恰相反，尤其是專業(yè)學(xué)位的碩士研究生，實(shí)踐能力是將來走向職場非常重要的一項(xiàng)能力。所以，對于研究生高性能計(jì)算教學(xué)，反而要加大實(shí)踐環(huán)節(jié)的比重，以開放共享的 HPC資源為依托，除了要將 HPC專業(yè)知識(shí)與具體的技術(shù)、典型應(yīng)用相融合，支持課程之間教學(xué)內(nèi)容和資源的共享來培養(yǎng)學(xué)生的HPC素養(yǎng)和實(shí)踐能力；也可通過實(shí)踐與課題掛鉤、實(shí)踐與項(xiàng)目掛鉤、實(shí)踐與考核掛鉤、時(shí)間與競賽掛鉤等教學(xué)模式來支持學(xué)員的自主學(xué)習(xí)，滿足不同層次和不同領(lǐng)域的人才培養(yǎng)需要。

（2）合理配置與充分利用資源。當(dāng)我們資源不夠的情況下，我們就要做到讓資源利用最大化，資源占用比要加大。研究生雖然在人數(shù)上比本科生少很多，但是不能因?yàn)槿藬?shù)而決定用戶使用的優(yōu)先級高低，要按其比重合理分配資源占用比，充分保障研究生群體的平臺(tái)使用時(shí)間。如果要?jiǎng)澐质褂脙?yōu)先級，可根據(jù)專業(yè)方向、專業(yè)定位、專業(yè)需求、項(xiàng)目需求四個(gè)層次的資源使用率進(jìn)行劃分。

（3）緊密結(jié)合當(dāng)下大數(shù)據(jù)環(huán)境，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)人才。首先我們要按需訂制與教育內(nèi)容相匹配的軟硬件環(huán)境，滿足研究生多層次和多樣性的環(huán)境需求，緊密聯(lián)系目前大數(shù)據(jù)市場需求，目標(biāo)化人才培養(yǎng)方向。教師需要與時(shí)俱進(jìn)，在充分研究當(dāng)下大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)需求之后，有針對性地對高性能計(jì)算的研究生教育教學(xué)進(jìn)行理論和實(shí)踐方面的整改，建立大數(shù)據(jù)導(dǎo)向的 HPC人才培養(yǎng)模式，引導(dǎo)學(xué)生在個(gè)性化的實(shí)踐練習(xí)中不斷提升應(yīng)用的研發(fā)能力，研發(fā) HPC 教學(xué)內(nèi)容的制訂方法，支持虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)室、超算競賽平臺(tái)等教學(xué)設(shè)施的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)方案的按需制訂，探索以研究項(xiàng)目為載體的培養(yǎng)研究生的有效模式，提高研究生的整體質(zhì)量。

五、總結(jié)

本文通過對目前大數(shù)據(jù)環(huán)境的發(fā)展趨勢和高性能計(jì)算的發(fā)展現(xiàn)狀的分析，對大數(shù)據(jù)與高性能計(jì)算之間的關(guān)系做了一定的探究，發(fā)現(xiàn)兩者之間的關(guān)系其實(shí)是密不可分的。在此基礎(chǔ)上，我們對目前有碩士點(diǎn)且有高性能計(jì)算教育的高校，以桂林理工大學(xué)為例對HPC在研究生教學(xué)中存在的問題進(jìn)行分析，結(jié)合時(shí)下大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)契合度不夠密切等問題做了一定的剖析，最終通過平衡理論與實(shí)踐課程的比例，同時(shí)采用實(shí)踐與課題掛鉤、實(shí)踐與項(xiàng)目掛鉤、實(shí)踐與考核掛鉤、時(shí)間與競賽掛鉤等教學(xué)模式；通過專業(yè)方向、專業(yè)定位、專業(yè)需求、項(xiàng)目需求四個(gè)層次的資源使用率進(jìn)行劃分，并有針對性地對高性能計(jì)算的研究生教育教學(xué)進(jìn)行理論和實(shí)踐方面的整改，建立大數(shù)據(jù)導(dǎo)向的 HPC人才培養(yǎng)模式來解決上述問題。

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