踐行科教融合、貫穿產學研的創新人才培養

董慧　李曉維

摘 要：世界已進入科教融合日趨緊密的大科學時代。本文在多年研究生教育管理實踐的基礎之上，通過研究借鑒國際先進科研機構和大學的成功經驗，探索新的體制機制和管理模式，以計算機體系結構國家重點實驗室為例，以建設國際一流的科研機構為目標，以科教融合、產學研結合為核心理念、提出人才培養的四項創新舉措，并對兩個案例分析展開論述，介紹了踐行科教融合、貫穿產學研的創新人才培養實踐。

關鍵詞：科教融合；產學研結合；創新人才培養

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A

Abstract：The world has already entered into the age of Big Science where the integration of science and education becomes closer and closer.This paper explores new systems，mechanisms and management modes，based on the successful experiences of advanced international institutions of scientific research and higher education.From the point of State Key Laboratory of Computer System and Architecture，this paper elaborates on innovative talents cultivation through science and education integration and industry-university-research collaboration，aiming to establish the world-class scientific institution.Four new innovative approaches of talents cultivation are proposed and two cases are analyzed and discussed.

Keywords：science and education integration；industry-university-research collaboration；innovative talents cultivation

1 引言（Introduction）

國務院做出的重大戰略決策，對于提升我國教育發展水平、增強國家核心競爭力、奠定長遠發展基礎，具有十分重要的意義。其中培養拔尖創新人才是重要建設任務之一[1]。習近平在2013年來中科院考察工作時提出了“四個率先”的要求。強化科教融合，引領知識創新、支撐國家發展，是中科院落實習主席要求的核心命題。近年來，中科院構建以研究所為基礎、以研究生為主體的教育體系，創造出一系列以科教結合和院所融合為特色的培養創新人才的新模式[2]。

本文從一個目標、兩個核心理念、四項創新舉措、兩個案例分析展開論述，以計算機體系結構國家重點實驗室（下簡稱“本國重”）為例，介紹了踐行科教融合、貫穿產學研的創新人才培養實踐。

本國重隸屬于中國科學院計算技術研究所，也是中國科學院大學計算機與控制學院的重要組成部分。將科研項目與學科建設、人才培養工作有機結合起來，通過承擔和完成重大科研項目和重大科技任務，提升學科水平和競爭力，是本國重較之一般大學的顯著特色和優勢。通過研究借鑒國際知名大學的成功經驗，探索新的體制機制和管理模式，建設國際一流的科研機構。

2 以建設國際一流的科研機構為目標（Aiming to

establish the world-class scientific institution）

2003年，美國科學院的國家研究顧問團提供給美國政府決策參考的一份報告《Innovation in Information Technology》（信息產業創新）中，以1960年代為時間起點，列出了19個極具代表性的超過10億美元的重要IT技術。圖1是Berkeley的David Patterson等在報告《The Parallel Computing Landscape：A View from Berkeley 2.0》中總結的十三所大學對上述十九個重要技術產業化的貢獻。這些技術中，大學的技術源頭性貢獻中斯坦福有四項，分別是工作站、RISC、數據挖掘和最后一公里寬帶。

斯坦福大學領先的基礎研究是硅谷的創新源泉，有18位圖靈獎得主在斯坦福學習工作過，這一數字居全美第一。斯坦福做的最好的是畢業生創業成功者多，20世紀30年代到2010年畢業于斯坦福的14萬名校友共創辦了3.99萬家公司，創造了540萬個就業機會，每年斯坦福校友所創公司的營業總收入為2.7萬億美元。斯坦福大學是世界創業型大學的典范，校友創辦了眾多改變世界的公司：HP、Cisco、SUN、Netscape、Yahoo、Google、Nike等。如圖1所示。

圖1 十三所大學對十九個重要技術產業化的貢獻

Fig.1 The contribution of 13 universities to 19 important

industrialization of new techniques

2050年，我們要做到與國際計算機學科第一名可比，對標就是斯坦福大學。所謂的斯坦福模式，概括而言就是：加強原創性基礎研究，利用知識創新成果，孵化高技術公司，促進新產業形成，提升國家競爭力。本國重要學習斯坦福，就是要形成從知識，到創新，到產業、戰略需求的貫通，以科教融合中心作為載體，推動創新人才培養的實現。endprint

3 科教融合是手段，產學研是道路（Cultivating

innovative talents by science and education

integration and through industry-university-

research collaboration）

3.1 科教融合是手段

科教融合是中國科學院大學建設成為世界一流大學的核心辦學理念。大學的創新能力決定了其研究水平和國際地位，具有開拓精神并能開展原創性實踐活動的大學，才有望成為世界一流的大學。近年來，中科院通過中國科學院大學，構建以研究所為基礎、以研究生為主體的教育體系，創造出一系列以科教結合和院所融合為特色的培養創新人才的新模式[2]。

科研與教學是一流大學的一體兩面。凡是一流大學都有很強的科研實力，或者叫做知識創造能力，同時新的知識又被快速傳遞給學生，使學生在知識的前沿學習和思考，從而完成一流教學之使命。中國科學院大學校長丁仲禮說，“國科大同中科院的各研究所實行‘共有、共治、共享體制，研究生培養又是我們工作的重中之重，因此科教融合是必然的選擇”。中國科學院大學的大部分學院都是由研究所來承辦的，比如計算機與控制學院，由計算所牽頭，聯合自動化所、軟件所等單位共建。學院的各個教研室都建在我院研究實力最強的實驗室中，這些實驗室大都是國家重點實驗室或中國科學院重點實驗室。要求大部分課程由本學科中最出色的專家來主持，從而保證教學內容是足夠前沿的，同培養研究生如何做好研究這一目標緊密結合[3]。

3.2 產學研是道路

20世紀80年代，我國政府提出了“產學研”相結合的戰略主張，并開始實施產學研聯合開發工程，取得了一系列成就。充分利用科研單位、高校與企業等多種不同教學環境和教學資源，以及在人才培養方面的各自優勢，把以課堂傳授知識為主的高等教育與直接獲取實際經驗、實踐能力為主的生產、科研實踐有機結合的合作形式。可從根本上解決高等教育、科學研究與社會需求脫節的問題，縮小高校和社會對人才培養與需求之間的差距，增強人才的競爭力。

高等教育、科學研究、經濟一體化的趨勢越來越強。在知識經濟社會中，大學將被推向社會發展的中心，成為社會經濟發展的重要動力。以信息技術為標志的第三次科技革命對產學研合作起到了推波助瀾的作用，其中，斯坦福大學對師生創業和建立學術界與產業界合作的積極支持，創造了“硅谷”的經濟奇跡，使產學研合作在高新技術飛速發展的當今世界，成為推動經濟和整個社會發展的一種最強勁的動力。

為了進一步為產學研協同創新注入活力，國家實施“2011計劃”，把人才、學科、科研三位一體創新能力提升作為核心任務，把協同創新作為提升創新能力的有效途徑。“201l計劃”被看作是“產學研一體化”的升級，能夠有力地推動創新資源的開發與整合[4]。

4 人才培養的創新舉措（Innovative approaches of

talents cultivation）

本國重要成為計算機產業的重要源頭，既不能與產業脫節，又不能離企業太近，還要加快原始性創新的產出速度，和科研要素的流動速度。首先，學術的前瞻性是根基，重視重點實驗室的學科建設，著力培養高端科學家和拔尖青年學術人才，提升其國際學術影響力。其次，加速轉移人才和技術是重點，通過專利許可與轉讓、商標授權、企業委托項目、職業技術培訓等一切可能的形式來加速轉移技術，通過體系結構和算法精品課程等特色鮮明的研究生教育、企業聯合實驗室、科研人員創業等模式加速轉移人才。

4.1 科研實踐與產業任務緊密結合

實驗室一直響應計算所定位的引領產業型研究所的號召，重視和加強與產業界及國際頂尖科研機構的合作交流，與華為、聯想、曙光、Intel、INRIA、三星等公司和科研機構成立了聯合實驗室。其中，華為聯合實驗室的戰略合作項目“高通量服務器研制”，由實驗室多個課題組的科研人員和華為工程師共同承擔，一年時間產出了近百項專利，并探索了矩陣式團隊管理模式，為與大型企業的緊密合作積累了經驗。同時實驗室與曙光公司聯合實驗室在高性能計算機系統上進行緊密合作。與英特爾公司于2012年6月成立了聯合實驗室，在基于MIC芯片的E級高性能異構計算、高通量計算的負載分析等方面開展合作研究，英特爾公司將投入資金、設備、技術咨詢支持聯合實驗室開展工作。源于新一代低功耗處理器方面的長期合作，本實驗室與法國國家信息與自動化研究院（INRIA）于2012年12月成立了聯合實驗室，在2012年度就聯合發表了5篇Rank A級別的文章，對科研人員和學生的學術文章水平的提高有很大幫助。本實驗室與三星公司聯合實驗室主要在并行編程框架，可視化編程等方面展開合作研究，已完成多期合作項目。

實驗室經過10年的臥薪嘗膽，探索了一條不同于以往的聯想、曙光、龍芯的發展模式，就是引領創新：通過突破關鍵核心技術，取得世界水平的前沿研究成果，再轉移、輻射到領導型企業如華為，或者創辦獨角獸型的硬科技的創業公司如寒武紀，實現突破。實驗室在信息領域這條變道超車的新道路上，起到了率先的作用。

4.2 科研實踐與教學內容緊密結合

在培養學生方面，將科研實踐與教學內容緊密結合，不僅能生動形象地為學生詮釋本領域的基本概念、基本原理、基本方法，還給學生提供了工程開發和技術實踐的實驗環境，并將該領域的最新研究進展引入課堂，解決了教學與科研脫節的問題，促進了學生進一步在該領域從事前沿技術研究，做到了教育和科研的無縫銜接。

建立覆蓋集成電路全生命周期質量技術的課程體系：結合中科院計算所研制的多款芯片（多核處理器、眾核處理器、自修復處理器等）的全生命周期質量技術問題，建立了完整的課程體系，包括三門核心課程、三門研討課程和四門國際合作課程，在國內外研究生教學機構中都很少見。其中三門核心課程《VLSI測試與可測試性設計》《集成電路驗證》《數字系統的故障診斷與容錯設計》均有十余年教育教學實踐。endprint

依托中科院計算所集成電路實驗室和科研平臺，把教學內容與科研緊密結合，培養了學生的創新能力。通過中關村開放實驗室、首都科技條件平臺、中科院儀器設備共享管理平臺等，依托中科院計算所集成電路專業實驗室、國科大計控學院智能硬件及硬件安全實驗室（基礎EDA工具平臺、FPGA仿真實驗環境等）等，以及實驗室自主研發平臺等，構成了國際一流的實驗室公共科研平臺，教學內容與教員承擔的科研緊密結合，培養了學生的創新能力。

例如，在《VLSI測試與可測試性設計》課程的科研實踐中，學生可使用一款異構多核系統芯片Godson-Dm，學習和實踐分布式與多路選擇器結合的測試訪問機制設計。《集成電路驗證》課程的科研實踐中，學生可使用一款ARM v8處理器，進行基于指令模板的通用處理器約束隨機指令生成，學習和實踐各種功能場景的驗證。《數字系統的故障診斷與容錯設計》課程的科研實踐中，學生可使用一款自修復處理器SRP，學習和實踐利用SRP搭建無線傳感網絡容錯節點。

通過上述課程的學習，有效提高了學生的創新能力。培養的博士生鄢貴海在IEEE ATS'10上獲得博士論文競賽冠軍、在IEEE ITC'11上獲得TTTC國際博士論文競賽亞軍；博士生王穎在IEEE DAC'16上獲得國際低功耗圖像識別競賽冠軍。

4.3 國內外導師深度協同指導

實驗室一直非常注重學術交流合作，一直通過“請進來、走出去”的方式，與多家國際頂尖學術研究機構建立了深入的合作關系。申請了“先進計算機體系結構海外團隊”得到了中國科學院創新團隊國際合作伙伴計劃支持，10多位海外知名專家“正式地”定期回國交流和指導，包括美國工程院院士李凱作為重要的技術顧問專家，還有華云生教授（University of Illinois at Urbana-Champaign）、高光榮教授（University of Delaware）、張曉東教授（Ohio State University）、游本中教授（University of Minnesota）、李致遠教授（Purdue University）、沈曉衛高級研究員（IBM T.J.Watson Research Center）等時常來指導計算機體系結構基礎研究和學科建設工作的開展。

通過廣泛的國際學術合作，以及與頂尖學術團隊之間強強聯合，實驗室在頂尖學術會議論文方面做到了從無到有、從有到強的轉變。近年來，實驗室分別與INRIA的Olivier Temam教授、EPFL的Robert Fasthuber博士、Brown University的Jeff Huang教授、University of Minnesota的Pen-Chung Yew教授、UCSB的Amirali Ghofrani教授、University of New South Wales的薛京靈教授、University of Rochester的丁晨教授等展開了深入的交流與合作，其中，陳云霽研究員和陳天石研究員與Olivier Temam教授合作的論文分別發表在了頂尖學術會議MICRO'14和ASPLOS'14上，并分別獲得了該次會議的Best Paper。

同時，本國重也非常重視與國內科研團隊強強聯合培養人才，參與國家“2011計劃”高性能計算協同創新中心，與國防科大、北京大學、中山大學、浪潮、華大基金等九家協同單位聯合開設各類研究生培養課程以及暑期實踐班，同時共享體系結構方向的科研平臺，培養科研骨干。

4.4 引進國際化創新課程

本國重自成立以來，非常重視國際化創新課程的建設，開設了計算機系統結構先進課程Lec@CARCH（系列講座）。通過專家集中授課、研討交流活動、開放課題研討合作及考察和開放日交流活動等方式，對科研人員和研究生等進行授課。此課程的講座專家不僅有ACM/IEEE Fellow等國內外資深的專家、學者，還包括國際知名企業（如IBM、Intel等）高級研發人員，他們擁有豐富的科研及工程技術經驗，長期從事計算機體系結構國際學術前沿研究，具有資深的學術底蘊和專業背景，并根據領域內技術發展的現狀及未來趨勢擬定不同專題，組織參與人員進行分組討論和課堂交流。

持續聘請UCSB大學Kwang-Ting Cheng教授合作開設課程《高通量計算系統的可靠設計、驗證與測試》，UT Austin大學Jacob Abraham教授合作開設課程《VLSI Testing and Design Verification》，麻省大學Sandip Kundu教授合作開設課程《Design for Manufacturability and Reliability of VLSI Circuits》，波特蘭州立大學Xiaoyu Song教授合作開設課程“高性能數字系統的建模與驗證”。參加授課和研討交流的知名專家有美國馬薩諸塞大學（UMASS）的知名教授Sandip Kundu，加州大學圣地亞哥分校（UCSD）計算機工程系的周源源教授，瑞士EPFL計算機系的Babak Falsafi教授，賓夕法尼亞州立大學（PSU）的John （Jack） Sampson教授，來自INRIA的體系結構與編譯領域的國際知名學者Krishna Palem教授和Olivier Temam教授（中科院外專千人）等。近五年，授課和研討交流一百余次，有超過六千人次的學生參加。

此課程通過在高端計算體系結構、微體系結構、編譯和編程、VLSI與容錯計算、非傳統體系結構等方向上邀請國內外知名專家學者集中授課和研討交流等，使學員充分了解國際先進技術前沿，培養計算機體系結構及算法的專業能力，激發學員創新思維，有效支撐相關研究及行業應用的開展，加強行業應用人員專業知識與技能，促進科研創新成果的行業應用，帶動我國計算機體系結構及算法的提升，通過產學研用的有機結合實現本領域的跨越式發展。此課程還獲得人社部國家專業技術人才繼續教育基地培訓項目的持續資助，到目前為止，進展順利，北京分院在官方網站上進行了專題報道。endprint

此先進課程是對龍星課程的一個很好的擴展和延續，對提高我國科研水平和培養優秀人才都將起重要作用。龍星計劃是2002年開設的，組織一批在美國學術界已有成就、有一定地位的杰出海外華人教授，不定期回國就某一領域，在中國各地大學，系統地講授一門美國研究生課程（每門課程15—30課時）。就所講課程的學術領域、有關課題與國內科學家及研究生共同討論研究。撰寫綜述文章，并將其在《計算機科學技術學報（英）》上發表。而此先進課程在人群上不僅局限于海外華人，在時間上也更靈活和日常化，兩門課程共同對研究生的國際化視野的培養提供了不可替代的關鍵作用。

5 創新實踐案例 （The case of innovative practice）

5.1 產學研的實踐——智能處理器團隊

本國重的智能處理器團隊，通過踐行產學研道路和科教融合，走出了一條貫穿產學研引領創新的道路。

（1）“研”：開創深度學習處理器方向

智能處理器團隊，提出并實現了國際上首個深度學習處理器寒武紀。和當前主流通用處理器Intel Xeon E5-2690相比，寒武紀進行深度學習處理的性能和能效提升超過100倍。因此，寒武紀受到了IBM、Intel、微軟、哈佛大學、斯坦福大學、MIT、UCLA、UCSB、哥倫比亞大學、佐治亞理工、Inria等歐美高水平機構的廣泛跟蹤引用，引領了這些機構從事深度學習硬件的研制。2016年計算機體系結構頂級會議ISCA上甚至有近1/6的工作引用該團隊成員的論文從事深度學習處理器的研制。

由于其在計算機體系結構國際學術界的影響，寒武紀入選了國際計算機學會通訊（CACM）評選的研究焦點（每年僅十余項），并入選了烏鎮世界互聯網大會評選的十五項“世界互聯網領先科技成果”。團隊負責人陳云霽研究員也因開創深度學習處理器方向，被MIT技術評論選為2015年度全球35位杰出青年創新者（TR-35）之一。

（2）“學”：培養優秀科研人才和學生

團隊負責人陳云霽研究員也非常重視對學生的培養，在中國科學院大學開設本科生課程，將工程實踐和教學內容緊密結合，培養的學生多次在國際高水平會議和刊物上發表文章，在體系結構四大頂級會議（CCF A類）上發表多篇文章，例如杜子東博士在ISCA'15、MICRO'15上發表論文，劉少禮博士在ISCA'16上發表論文。劉道福博士、杜子東博士也獲得了“2011計劃”協同創新中心優秀博士論文獎。

團隊非常注重青年骨干的培養。依托于中科院計算所的百星計劃、卓越之星計劃、國重創新課題等培養計劃，培育了一大批青年創新人才。其中，在上述計劃的資助下，陳天石研究員于2015年獲得國家基金委優秀青年科學基金，郭崎副研究員入選“中國科協青年人才托舉工程”。

（3）“產”：積極推進科技成果轉移轉化

寒武紀不僅在學術上取得了巨大的影響力，同時也在產業化上建立了良好的基礎。2016年3月，中科院計算所成立了北京中科寒武紀科技有限公司，推動寒武紀深度學習處理器的產業化工作。公司天使輪估值即接近一億美元，是中國最貴的天使輪融資之一。成立半年來，公司已經在智能終端領域拿到了近兩億元人民幣的訂單，實現盈利。2016年底，啟動A輪融資，估值有望增長10倍，成長為世界級獨角獸企業。

5.2 科教融合的實踐——集成電路團隊

本國重的集成電路團隊踐行科教融合的理念，進行了面向集成電路質量技術創新人才培養的教育教學實踐，包含一個覆蓋集成電路全生命周期質量技術的完整的課程體系，其中三門核心課程《VLSI測試與可測試性設計》《集成電路驗證》《數字系統的故障診斷與容錯設計》均有十余年科研教學實踐。其教育教學目標是通過系統地講授集成電路質量技術的核心課程、高級選修課程，使研究生掌握集成電路質量技術領域堅實寬廣的基礎理論、系統深入的專門知識，具有集成電路驗證、測試、容錯設計方向獨立從事科學研究工作、取得創新性研究成果的能力，并培養集成電路驗證、測試、容錯設計方向高級工程技術人員、服務于集成電路產業。

其實踐成果主要體現在：鍛煉了一支優秀的教師隊伍，培養了卓有成效的創新人才，踐行了科教融合的教學實踐。

（1）優秀的教師隊伍

課程體系的全部教員（李曉維研究員、李華偉研究員、沈海華副教授、胡瑜研究員、韓銀和研究員等）均來自于科學研究工作的第一線——北京市創新團隊“中科院計算所測試與容錯技術創新團隊”。主要教員2009年以來獲得：中科院朱李月華優秀教師獎四人次，中科院優秀研究生指導教師獎一人次；國家技術發明獎二等獎一項、國家科技進步獎二等獎一項、北京市科學技術獎一等獎一項、中國質量協會質量技術獎一等獎一項。

（2）卓有成效的創新人才培養

2009年來，本團隊指導的學生王穎博士入選“中國科協青年人才托舉工程”，路航等六人獲得中科院院長獎，鄢貴海獲得中科院優秀博士論文獎，鄢貴海獲得中國計算機學會優秀博士學位論文獎，董建波等三人獲得北京市優秀畢業生。培養的博士王達等15人擔任教授或副教授，培養的碩士張飛飛在集成電路領域成功創業，獲“2014年度昆山市領軍型創業人才”稱號。

（3）踐行科教融合的教學實踐

出版學術專著四本、譯著一本作為教材和教學參考書，參與編寫的英文教材被國際名校普遍采用；依托中科院計算所集成電路實驗室，教學內容與教員承擔的科研緊密結合，培養了學生的創新能力，培養的學生在國際學術會議DAC'16、ATS'10、ITC'11的學生競賽中獲兩次冠軍、一次亞軍；聘請美國知名教授合作講授四門研究生課程，促進學生與國際一流學者的合作研究。2009年以來本團隊學生在IEEE或ACM Transactions上發表論文36篇。

6 結論（Conclusion）

經過近十年的實踐，本國重堅持“1-2-4-2”——一個目標（以建設國際一流的科研機構為目標）、兩個核心理念（科教融合是手段，產學研是道路）、四項創新機制（科研實踐與產業任務緊密結合、科研實踐與教學內容緊密結合、國內外導師深度協同指導、引進國際化創新課程）、兩個創新實踐案例的實施（計算機體系結構國家重點實驗室智能處理器團隊的產學研的實踐、集成電路團隊的科教融合的實踐），把創新人才的培養作為根本任務之一，培養出了一批優秀的創新人才，探索出一條人才培養的創新實踐道路。

參考文獻（References）

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[3] 董慧.定位前沿創新源頭，架構產業創新橋梁[J].科技成果管理與研究，2015（7）：1-3.

[4] 張欽朋.產學研協同創新政府引導機制研究[J].科技進步與對策，2014，3l（5）：96-99.

作者介紹：

董 慧（1983-），女，博士，工程師.研究領域：計算機研究生教育，信息技術發展戰略研究.

李曉維（1964-），男，博士，研究員.研究領域：容錯計算，研究生教育管理.endprint