全面贯穿人工智能整个软硬件技术栈：国际上具有开创性的教材
导读：未来20年或更长的时期内，人工智能将是科学技术和经济发展的重要方向，智能化技术有可能触发新一轮经济长波甚至第四次产业革命。世界各国都制定了发展人工智能技术和产业的长期规划，在这些规划中，适应智能化社会需求的人才培养都已被列为一项艰巨而紧迫的任务。
李国杰 院士
未来20年或更长的时期内，人工智能将是科学技术和经济发展的重要方向，智能化技术有可能触发新一轮经济长波甚至第四次产业革命。世界各国都制定了发展人工智能技术和产业的长期规划，在这些规划中，适应智能化社会需求的人才培养都已被列为一项艰巨而紧迫的任务。
由于巨大的市场潜力和863等国家科技计划形成的长期科研积累，我国的人工智能应用和算法研究走在世界前列。但是，我国人工智能基础层、技术层和应用层的人才数量占比分别为3.3%、34.9%和61.8%，基础层人才比例严重偏低。这种现状是我国计算机领域长期不重视系统教育造成的。
我国近千所大学设立了计算机专业，近年来有上百所高校创办了人工智能专业。由于缺乏师资力量和合适的教材，目前一些学校的人工智能课程重点教授一些流行的机器学习算法和图像处理等应用，培养出来的学士、硕士和博士只会用算法调参数，并不真正理解人工智能应用到底是怎样运转起来的。对于人工智能算法究竟如何调用编程框架、编程框架如何与操作系统打交道、编程框架中的算子在芯片中如何运行，很多学生并没有清晰全面的理解。缺乏系统知识和系统思维，学到的知识点就是零碎的，没有打通“任督二脉”。到了毕业后参加实际工作，懂不懂系统知识带来的工作成效差别巨大。同样一个程序，一个普通的程序员来写和一个懂体系结构的人来写，性能可能差几万倍。
中国科学院计算技术研究所从1956年成立起就一直从事计算机系统研究。1990年依托中科院计算所成立的国家智能计算机研究开发中心继承了该所的学术传统，既做系统结构研究，又做人工智能理论、算法和应用研究。陈云霁、陈天石研究员领导的团队研制的“寒武纪”智能芯片就是在这样的环境中孕育出来的。看到国内人工智能系统人才十分短缺的现状，陈云霁研究员主动请缨，2018年在中国科学院大学率先主讲了“智能计算系统”课程，后来又在北大、北航、天大、中科大、南开、北理工、华科等高校独力或联合开设了同样的课程。2019年8月他办了一次导教班，全国40多所高校的60多位老师参加了这次导教班。
2019年智能计算系统课程导教班（陈云霁 主讲）
他开的“智能计算系统”课程受到老师和学生的普遍欢迎。经过两年的打磨，这门课的内容已基本成熟。经过中科院计算所智能处理器研究中心多位同仁的努力，将讲课的录音整理成文字，形成了这本在国际上具有开创性的教材——《智能计算系统》。
计算机类专业系统能力培养系列教材
陈云霁 李玲李威 郭崎 杜子东 编著
ISBN 978-7-111-64623-5
一个完整的智能计算系统涉及芯片、系统结构、编程环境、软件等诸多方面，内容十分庞杂，要在一个学期讲完所有的内容十分困难。这本教材采用“应用驱动，全栈贯通”的原则，以“图像风格迁移”这一具体的智能应用为牵引，对智能计算系统的各层软硬件技术栈的奥妙和相互联系进行精确、扼要的介绍，使学生对系统全貌有一个深刻印象，达到举一反三、触类旁通的效果。
人工智能过去不是大学教育的必修课，培养人工智能专业的人才需要本科毕业后再花3～6年时间攻读硕士或博士才行。目前阻碍人工智能在各个行业落地的困难之一是人员成本太高，加速培养研究生只是解决困难的路径之一，但不能从根本上解决问题。对任何行业而言，技术人才的构成都是金字塔结构，而构成金字塔底层的技术人员主力应该是大学毕业生。因此，如何让大学毕业生在推广智能应用中发挥重要作用是本科教育应该考虑的问题。中国科学院大学启动了一个计划，让本科生在全开源的EDA工具链上设计出开源处理器芯片并完成流片，实现带着自己设计的芯片毕业的梦想。这本教材的初衷也是希望能培养更多懂智能计算系统的本科生，加速弥补人工智能的人才缺口。由于我国系统结构方向师资力量较薄弱，也许很多学校一开始会用这本教材上研究生课。希望通过大规模教学实践的检验，这本教材能进一步修改完善，成为一本被广泛采用的高年级本科生教材。
互联网服务业的发展得益于开源软件和公共开发平台，丰富的网络软件开发工具使得开发互联网APP成为一件很轻松的事情。同样，提供容易掌握的成套抽象化工具，可以大幅度降低人工智能的应用人才门槛。本教材除了讲述深度学习等智能算法和加速处理器外，特别用了两章篇幅详细阐述编程框架的使用和机理。所谓编程框架可以从两方面来理解：一方面将算法中的常用操作，如卷积、池化等，封装成“算子”，方便程序员直接调用;另一方面像操作系统一样，作为软硬件的界面，起到承上启下的作用。目前，我国的技术人员使用的编程框架基本上都是外国公司提供的开源软件，使用最多的是Google公司开发的TensorFlow。从长远来讲，如果中国的技术人员离不开外国公司的编程框架等开发平台，智能产业的发展一定不平衡、不协调。会用编程框架和会自己写编程框架是差别很大的两种本领。希望通过本课程的教学，中国能培养出可以自己创立编程框架的研发队伍，为技术领先、有市场竞争力的人工智能开源平台贡献中国的力量。
2019年智能计算系统课程导教班实验环节
陈云霁研究员不但善于做基础研究，写了不少引领世界潮流的高水平论文，而且长期从事芯片设计工作，有丰富的工程实践经验。他主持编写的这本教材具有理论与实践相结合的特点。本书不但每一章都有从实践中总结出来的习题，而且专门安排了一个大实验，要求学完本课程的学生实际动手开发一个能完成图像风格迁移（如把一幅风景照片转换成梵高风格的画）的简单智能计算系统。国外一流大学的计算机系统课程都有较重的课程实验，国科大开设的操作系统等课程也配有大量的实验内容，学生们反映做实验的收获很大。
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”计算机系统方面的课程如果只是“纸上谈兵”，学生学到的知识往往是空洞的名词术语，毕业后仍然会“眼高手低”。希望采用本教材的学校尽量创造条件，让学生有动手做实验的机会。
本书由中科院计算所、软件所的专家学者倾心写就，领衔作者陈云霁带领的团队曾研制了国际上首个深度学习处理器芯片“寒武纪1号”，本教材凝聚了作者团队多年的科研和教学成果，填补了人工智能专业系统类课程的教材空白，通过一个贯穿始终的应用案例——图像风格迁移，全面系统地介绍智能计算系统的软硬件技术栈。最后以具体实验把所学知识点串联起来，打通知识结构的“任督二脉”。适合作为高等院校人工智能及相关专业的教材。
专家评语：
陈国良 中国科学院院士
原中国科大计算机系主任，首届全国高校教学名师
培养具有系统思维的人工智能人才必须要有好的教材。在中国乃至国际上，对当代人工智能计算系统进行全局、系统介绍的教材十分稀少。因此，这本《智能计算系统》教材就显得尤为及时和重要。
李国杰 中国工程院院士
中科院大学计算机学院院长，中国计算机学会名誉理事长
懂不懂系统知识带来的工作成效差别巨大。这本教材以“图像风格迁移”这一具体的智能应用为牵引，对智能计算系统的软硬件技术栈各层的奥妙和相互联系进行精确、扼要的介绍，使学生对系统全貌有一个深刻印象。
孙凝晖 中国工程院院士
中科院计算所所长，国家智能计算机研发中心主任
中科院计算所的学科优势是计算机系统与算法。本书作者在智能方向打通了系统与算法，再将这些科研优势辐射到教学，写出了这本代表了计算所学派特色的教材。读者从中不仅可以学到知识，也能一窥计算所做学问的方法。
张宏江 ACM/IEEE会士
北京智源人工智能研究院理事长，源码资本合伙人
作为北京智源研究院智能体系结构方向首席科学家，陈云霁领衔编写的这本教材，深入浅出地介绍了当代智能计算系统软硬件技术栈，其系统性、全面性在国内外都非常难得，值得每位人工智能方向的同学阅读。
张旭 中国科学院院士
中科院上海分院副院长，中国神经科学学会理事长
《智能计算系统》是国内第一本计算机大类专业的智能系统教材，使学生能够融会贯通地理解智能计算系统的完整软硬件技术体系，在科研道路上拥有更宽广的发展空间。
张亚勤 美国艺术与科学院院士
原百度公司总裁，清华大学智能科学讲席教授
这本教材深层次、全栈性地解析了AI的关键理论和技术，又通过一个图像风格迁移的实例生动地演示了AI的实践。《智能计算系统》是本好书，尤其适合作为本科高年级/研究生教材和科技人员的参考书，我大力推荐！
郑纬民 中国工程院院士
清华大学计算机系教授，原中国计算机学会理事长
本书对人工智能软硬件技术栈（包括智能算法、智能编程框架、智能芯片结构、智能编程语言等）进行了全方位、系统性的介绍，非常适合培养学生的系统思维。到目前为止，国内外少有同类书。
周志华 AAAI/AAAS/ACM/IEEE会士
南京大学人工智能学院院长，南京大学计算机系主任
本书覆盖了神经网络基础算法、深度学习编程框架、芯片体系结构等，是国内第一本关于深度学习计算系统的书籍。主要作者是寒武纪深度学习处理器基础研究的开拓者，基于一流科研水平成书，值得期待。