ACM通信
学习并行和分布式计算
计算机科学教育者的教师发展机会
乔尔·亚当斯，卡尔文学院
让我们从一些历史开始…
免费午餐的时代
从第一批集成电路问世到2000年代中期，在计算机中央处理器(cpu)的制造过程中出现了两种现象:
每隔18-24个月，制造商就会把晶体管的尺寸缩小50%，这样在同一块芯片上，他们就能容纳比以前多一倍的电路。戈登·摩尔(Gordon Moore)观察到了这一点，人们也使用了这句话摩尔定律描述这种现象。
每隔18-24个月，制造商就会将cpu的时钟速度提高一倍。我第一次注意到这一点是在20世纪80年代初玩一款游戏时。游戏中有会说话的角色，当我将游戏从旧机器转移到新机器上时，这些角色听起来就像花栗鼠，因为新处理器的时钟速度更快。
后一种现象中更快的时钟速度对软件开发人员来说是意外的收获:如果他们的软件在当前的硬件上运行缓慢，在两年内，cpu的速度将是现在的两倍，他们的软件可能会很好地执行。因此，这段时间有时被称为“这是免费午餐的时代“对于软件开发人员。
免费午餐的时代在2000年代中期戛然而止。由于发热、功耗、电子泄漏和相关问题，CPU时钟频率的翻倍是不可持续的。高端CPU的时钟速度已经趋于平稳(通常低于4 GHz)，许多当前的CPU型号的时钟速度比这要慢得多，以减少热产生、降低功耗等。
多核时代
虽然制造商被迫停止提高CPU时钟速度，但摩尔定律没有中断地继续存在，到2005年，制造商可以将CPU的所有功能放入CPU的一半面积中。空出来的地方该怎么处理?添加第二个CPU的功能!因此在2006年，双核CPU出现了，一个CPU芯片包含了两个传统CPU的核心功能。到2008年，四核CPU出现了，其中一个CPU包含了四个传统CPU的功能。从那时起，这一趋势一直在持续，因为摩尔定律使得制造商生产的cpu包含越来越多的核。为例,AMD的英特拉格斯赛道，阿布扎比,德里处理器系列提供4、8、12和16核型号;英特尔的至强e7 - 88 xx系列提供4、10、16和18核模型，以及它的至强φ协处理器目前最多提供61核，预计今年将推出72核的独立模型。
由于这种转变，顺序处理器已经被并行多处理器所取代。在其他因素相同的情况下，双核CPU的计算潜力是单核CPU的两倍，四核CPU的计算潜力是单核CPU的四倍，依此类推。
问题是，传统的顺序程序将只使用一个多核处理器的核心;也就是说，在一个四核CPU上运行一个传统的顺序程序只使用了该CPU 25%的潜力;75%的潜力被浪费了。为了利用多核CPU的潜力，必须使用并行计算技术对软件进行重新设计。
对CS教育的启示
在2006年之前，并行计算是一个小众领域，主要针对高性能计算的研究人员和专家。因此，并行(或高性能)计算是一个可选的领域2001 ACM/IEEE CS课程在美国，开设这方面本科课程的大学相对较少。
然而，随着2006年多核时代的到来，并行多处理器突然变得便宜起来。实际上，今天所有的cpu都是多核cpu，由于这种普遍存在，所有计算机科学专业的毕业生至少需要对并行计算有一个基本的了解。换句话说，多处理器是事实上的硬件基础，现在几乎所有的软件都在此基础上运行。仍然在编写顺序软件的开发人员是在为昨天的硬件基础而不是今天的硬件基础而编写;而那些教学生只从顺序计算的角度思考问题的CS课程对学生是有害的。
认识到计算领域的这一巨变后，ACM/IEEE CS课程2013(CS 2013)包含了一个新的知识领域并行和分布式计算(PDC)，在核心CS课程中有15小时的主题。的系统基本原理知识领域还包括额外的PDC主题学习时间。
值得一提的是，PDC主题远远超出了与并发相关的主题(多线程、同步原语、监视器等)，这些主题在核心CS课程中已经存在多年。新的PDC知识领域包括以下主题性能，加速，计算效率，可伸缩性，Amdahl法则，等等。
专业发展机会
PDC从选修课到计算机科学核心的转变对计算机科学教育者来说似乎是一个令人生畏的挑战，因为很少有计算机科学教师有任何之前的经验，更不用说并行计算的专业知识了。幸运的是，这里有专业发展的机会，可以帮助教职员工了解这个令人兴奋的领域。
一个这样的机会就是CSinParallel芝加哥2015区域计算机科学教育者研讨会该研讨会将于2015年8月3日至6日在伊利诺伊州芝加哥的洛约拉大学举行CSinParallel这是一个nsf资助的项目，是CS 2013报告中提到的并行计算资源之一。(完全披露:我是CSinParallel项目的pi之一。)这个为期3天的研讨会将向与会者介绍软件技术，例如OpenMP共享内存多线程;MPI分布式内存的多处理;WebMapReduce的前端Hadoop；Nvidia的CUDAGPU计算;和其他人。的车间调度包括对这些技术的介绍，将它们整合到CS课程的不同模型，以及自我节奏的，动手探索的时间。还将有一个会议讨论目前可用的许多并行和分布式硬件平台选项，包括工作站网络、本地廉价Beowulf集群选项、远程高性能Beowulf集群、国家超级计算资源等XSEDE以及亚马逊这样的云服务EC2．区域旅行支持、住房和食物将按照先到先得的原则提供。更多信息请访问CSinParallel网站，请使用本段开头的链接。
如欲参加此工作坊，请填妥此网上申请表格．无论您是PDC经验丰富还是刚刚开始，这个研讨会都提供了一个机会，让您有机会花三天时间沉浸在PDC中，学习新的技能，并与其他CS教育工作者建立关系，他们有兴趣让我们的学生为我们的平行世界做准备。我希望在那里见到你!
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