刘宇航课题组ADVANCED COMPUTER ARCHITECTURE & SYSTEMS
ACADEMIC RESEARCH GROUP

刘宇航课题组

先进计算机系统结构

本课题组由刘宇航负责,以先进计算机系统结构为主要研究方向,围绕计算系统性能与效用的关键问题开展基础理论、设计方法和系统实现研究,同时探索计算技术考据学、科技战略与人才培养。

RESEARCH & ACADEMIC PROFILE

研究方向与学术特色

技术创新 · 历史考据 · 战略思考

先进计算机系统结构

研究计算系统的性能机理、体系结构设计与效用优化。

计算技术考据学

考证计算技术的历史,解析经典成果,探究技术演进规律。

科技战略与人才培养

研究什么问题值得解决,以及如何有效组织科研、培养人才。

立足计算技术创新,重视历史经验,关注科技发展的重大问题与人才培养。

三个方向各有研究对象与方法,相互借鉴、相互促进。

课题组简介 · 展开阅读全文

本课题组以先进计算机系统结构为主要研究方向,围绕制约计算系统性能与效用的关键科学技术问题,开展基础理论、设计方法和系统实现研究,重点关注访存并发、存储系统、处理器体系结构、数据中心资源管理及软硬件协同优化,致力于通过体系结构创新提高计算系统的性能、效率与实际效用。

在技术研究基础上,课题组积极开展计算技术考据学研究,重视开创性经典文献、重要历史人物与计算技术演进历程的考证和分析,探索从历史经验中深化技术认识、汲取创新启示的方法。

同时,课题组关注科技战略与人才培养,围绕科学问题的识别与组织、科研体系的运行机制、技术创新生态及科研教育等问题开展研究,倡导构建与方法学相对应的问题学,探索提高科学研究质量与效率的途径。

课题组坚持理论分析与实验验证相结合、技术创新与历史研究相促进,力求在解决计算系统实际问题的同时,深化对计算科学与技术发展规律的认识。

SELECTED PUBLICATIONS

代表性成果

精选10篇,展示原创贡献、研究积累及学术探索。

全部75篇文章 →

RESEARCH TRAJECTORIES

代表性研究主线

研究主线 01 · 访存性能

访存并发、数据局部性与存储系统优化

关注存储容量、访存并发性、数据局部性与计算性能之间的关系,逐步发展性能分析和优化方法。

  1. C²-boundSC · 2015

    将容量与并发性纳入众核性能建模。

  2. CaLIEEE TBigData · 2018

    将访问并发性纳入局部性分析。

  3. LPMIEEE TPDS · 2019

    以分层供需匹配指导访存优化。

共同问题:如何超越单纯的缓存命中率或数据复用率,解释和优化存储访问带来的性能瓶颈?

研究主线 02 · 数据中心

多应用共置的资源干扰量化与抑制

从系统级干扰测度与资源调度入手,进一步探索服务质量、尾延迟与吞吐量之间的理论关系。

  1. Ah-QHPCA · 2023

    系统熵、干扰量化与动态调度的初步研究。

  2. Suppressing the InterferenceIEEE TPDS · 2024

    在前期研究基础上发展更一般的理论、度量与策略。

明确承接:TPDS 2024在文中说明,HPCA工作已进行了干扰测度与抑制的初步研究,随后补充一般性理论原理。

先进计算机系统结构

8篇 · 性能理论、体系结构与系统创新
01·数据中心 · 资源调度·

Ah-Q: Quantifying and Handling the Interference within a Datacenter from a System Perspective

以系统熵量化多应用干扰,动态协调资源共享与隔离。

02·数据中心 · 系统熵·

Suppressing the Interference Within a Datacenter: Theorems, Metric and Strategy

建立数据中心干扰、资源管理能力与服务质量之间的理论联系,提出度量与抑制策略。

03·性能理论 · 众核设计·

C²-bound: A Capacity and Concurrency Driven Analytical Model for Manycore Design

将存储容量和访存并发性统一纳入众核性能分析模型。

04·性能理论 · 访存并发·

CaL: Extending Data Locality to Consider Concurrency for Performance Optimization

提出并发感知的数据局部性指标,用于指导存储性能优化。

05·性能理论 · 层次匹配·

LPM: A Systematic Methodology for Concurrent Data Access Pattern Optimization from a Matching Perspective

通过数据访问请求与供给的逐层匹配,指导存储系统性能优化。

06·处理器体系结构 · 预取·

Planaria: Pattern Directed Cross-page Composite Prefetcher

协同识别页内和跨页访存规律,提高数据预取的准确率与覆盖率。

07·计算系统设计方法·

HCDA: From Computational Thinking to a Generalized Thinking Paradigm

综合历史、计算、数据与结构思维,为计算系统设计提供思考框架。

08·RISC-V · 软件生态·

Sapling: Quantifying and Measuring the Maturity of the RISC-V Software Ecosystem

构建RISC-V软件生态成熟度多维评价体系,识别应用场景与软件组件的薄弱环节。

学术延伸与探索

2篇 · 计算技术考据学与问题学
09·历史考据 · 技术演进·

计算装置历史演变选析及对构建“计算技术考据学”的若干思考

以历史计算装置为案例讨论计算技术考据学的研究方式。

10·问题学 · 科研组织·

构建与方法学对称的问题学——以计算机学科为例

提出以问题谱系组织科学问题,倡导构建与方法学相对应的问题学。

BOOKS & SCHOLARSHIP

学术著作与研究积累

展示系统设计、经典文献与计算性能研究方面的主要著作。

计算机系统
设计方法学

计算机系统设计方法学(历史-计算-数据-结构)

刘宇航、包云岗 · 高等教育出版社 · 2022

计算机系统开创性
经典文献选读与解析

计算机系统开创性经典文献选读与解析

刘宇航、包云岗 · 机械工业出版社 · 2023/2025双色版

经典并行
与量子并行

经典并行与量子并行:提升并挖掘计算系统的潜在性能

刘宇航 · 机械工业出版社 · 2024

中国工程科技2040
发展战略

中国工程科技2040发展战略·信息与电子领域报告

项目组编著(参编) · 科学出版社 · 2025

GROUP LEADER

课题组负责人

负责人的研究专长、学术贡献与研究经历。

刘宇航

中国科学院计算技术研究所副研究员 · 硕士生导师 · 中国计算机学会高级会员

主要从事先进计算机系统结构研究,关注计算系统的性能机理、体系结构设计与效用优化;同时开展计算技术考据学、科技战略、科研组织与人才培养研究。

RECENT UPDATES

近期动态

重要的研究、出版与学术交流信息。

在《中国科学院院刊》发表关于开源生产模式与新质生产力发展的研究文章。

在《中国计算机学会快讯》发表文章,梳理钱学森推动新中国计算技术事业发展的历史贡献。

在《计算》发表闵乃大1955年计算机文章的历史解读。

Sapling相关论文发表于ICSE 2026,研究RISC-V生态成熟度的量化评价。

更多动态展开查看

在《中国计算机学会快讯》发表文章,梳理华罗庚在我国计算机技术起步、科研组织与学科规划中的贡献。

在《计算》发表图灵奖得主统计研究,讨论原创研究积累和信息技术人才培养的启示。

在《计算》发表文章,从算力与智能两个维度讨论未来智能体的分类及演进路径。

在《计算》发表文章,回顾计算机技术先驱范新弼先生66年前对计算技术发展的预见。

参与撰写的《映天湖:晶圆级通用异构多芯粒千万亿次计算机》登上《计算机研究与发展》2025年度推送阅读榜首。

参与撰写的Chiplet技术综述发表于IEEE JETCAS,系统梳理体系结构、互连、EDA与先进封装等方向。

RISC-V生态成熟度评估工具Sapling的相关论文被ICSE 2026接收。

在《计算》发表祝明发研究员专访,回顾我国高性能计算机事业的发展历程。

参加第六届CCF中国计算机历史记忆论坛,交流计算技术史与计算技术考据学研究。

在《中国计算机学会快讯》发表对“101计划”人工智能核心教材的观察与思考。

第六届分支预测锦标赛(CBP 2025)获得第三名。

团队、交流与合作

欢迎关注课题组在先进计算机系统结构、计算技术考据学及科技战略方面的研究。可进一步了解课题组成员、招生与合作信息。

招生与合作查看详情

研究组欢迎具有以下能力的有志青年通过保研、统考、实习等方式加入:

  1. 对科研有热情、有决心,身心健康,诚信、自律、上进。
  2. 具备较强的编程能力。
  3. 具备较好的计算机系统和组成原理基础知识与实践经验;同等条件下,龙芯杯等竞赛获奖者优先。
  4. 具备较好的分析能力。
  5. 具备较好的英语水平。
  6. 具备较好的口头及书面沟通表达能力。

联系方式liuyuhang@ict.ac.cn