Problem i wyzwania
Problem & Challenges
Wyzwanie edukacyjne: Pre-Silicon Design i studenci I stopnia kierunku Informatyka
Educational Challenge: Pre-Silicon Design and Undergraduate Computer Science Students
Firma Intel jest niezwykle zainteresowana studentami informatyki m.in. ze względu na ich wybitne umiejętności programistyczne. Na przestrzeni lat zaobserwowaliśmy jednak pewną tendencję: mimo dużej elastyczności poznawczej studentów I stopnia studiów kierunku Informatyka, wykazują oni minimalne zainteresowanie zagadnieniami hardware i pre-silicon design. Zdecydowanie bardziej preferują czyste oprogramowanie (software) oraz systemy operacyjne niż projektowanie sprzętu, generację kodu RTL czy layout układów.
Intel is keenly interested in computer science students, partly due to their exceptional programming skills. Over the years, however, we have observed a specific trend: despite the high cognitive flexibility of undergraduate Computer Science students, they show minimal interest in hardware and pre-silicon design topics. They strongly prefer pure software and operating systems over hardware design, RTL code generation, or layout implementation.
Powstaje zatem otwarte pytanie: Jak skuteczniej zainteresować przyszłych programistów sprzętem i sprawić, by pre-silicon design stał się jednym z ich naturalnych wyborów zawodowych?
This raises an open question: How can we more effectively engage future programmers with hardware and make pre-silicon design one of their natural career choices?
W celu ustalenia, jak – przy ograniczeniach wynikających ze specyfiki programu studiów – skutecznie zachęcić studentów do tej tematyki, podjęto realizację grantu pt. Pre-Silicon Design and Verification at Poznań University of Technology (Projekt Intel Labs | Grant nr 0310/PINN/0046).
To determine how—within the constraints of the curriculum structure—to effectively encourage students in this area, the project entitled Pre-Silicon Design and Verification at Poznań University of Technology (Intel Labs Project | Grant No. 0310/PINN/0046) was undertaken.
ASIC Workshop
Co jest badane, co jest projektowane edukacyjnie?
What is Studied and Designed Educationally?
Aby trwale zmienić postrzeganie tematyki pre-silicon design, proces badawczy skupia się na precyzyjnym zdiagnozowaniu barier oraz zaprojektowaniu lekkiej interwencji dydaktycznej:
To permanently shift perceptions of pre-silicon design, the research process focuses on accurately diagnosing barriers and designing a lightweight educational intervention:
- Identyfikacja czynników zniechęcającychIdentification of deterrent factors – badanie ankietowe barier percepcyjnych u studentów.survey-based assessment of students' perceptual barriers.
- Decyzje kierunkoweDirectional decisions – wypracowanie działań zaradczych przy zachowaniu struktury planu studiów.formulation of remedial actions while preserving curriculum structure.
- Ewaluacja skutecznościEfficacy evaluation – pomiar zmiany postaw za pomocą miar typu pre- i post-test.measurement of attitude shifts using pre- and post-test metrics.
Badanie barier percepcyjnych
Perceptual Barrier Assessment
Rozpoznanie, co blokuje programistów przed nauką hardware'u.
Identifying what prevents programmers from learning hardware.
Warsztaty Open-Source EDA
Open-Source EDA Workshops
Wdrożenie mało inwazyjnego rozwiązania dydaktycznego (OpenLane).
Deployment of a lightweight educational solution (OpenLane).
Zmiana postrzegania
Perception Shift
Weryfikacja skuteczności i post-testy warsztatowe.
Verification of effectiveness and workshop post-tests.
Warsztaty RTL-to-GDS
RTL-to-GDS Workshops
Zamiast rygorystycznie ingerować w sztywny plan studiów, opracowano nowoczesne laboratoria bazujące na otwartych narzędziach (Open-Source ASIC). Kluczowym elementem były praktyczne warsztaty dla studentów WIiT:
Instead of rigorously modifying the rigid curriculum, modern laboratories based on open-source tools (Open-Source ASIC) were developed. A key element consisted of practical workshops for students of the Faculty of Computing and Telecommunications (WIiT):
📚 Materiały i konfiguracja systemowa do zajęć warsztatowych → 📚 Workshop Materials and System Configuration →
Modernizacja wybranych przedmiotów nauczania
Modernization of Selected Courses
Oficjalne instrukcje i materiały wypracowane w ramach grantu zostały wdrożone i opublikowane w strukturach wydziałowych, unowocześniając ścieżkę kształcenia:
Official instructions and materials developed under the grant have been implemented and published within faculty structures, modernizing the educational path:
- Zmodernizowany przedmiot:Modernized course: Portal CCE PUT - instrukcje warsztatowe i laboratoria VLSICCE PUT Portal - Workshop Instructions and VLSI Labs
Publikacje naukowe
Publications
Wyniki badań ankietowych, obserwacji jakościowych oraz walidacji skuteczności warsztatów zostały usystematyzowane w ramach rygorystycznego nurtu Design-Based Research (DBR) i przygotowane w formie artykułu naukowego.
The results of survey studies, qualitative observations, and workshop validation were structured within a rigorous Design-Based Research (DBR) framework and prepared as a scientific manuscript.
Artykuł naukowy podsumowujący efekty projektu znajduje się obecnie na etapie recenzji w prestiżowym czasopiśmie IEEE Transactions on Education (TonEdu).
The research manuscript summarizing project outcomes is currently under review in the prestigious journal IEEE Transactions on Education (TonEdu).
Zespół
Team
Projekt badawczo-dydaktyczny oraz wdrożenie ścieżki laboratoryjnej zostały zrealizowane przez zespół pracowników naukowych Instytutu Informatyki Politechniki Poznańskiej:
The research-educational project and laboratory track deployment were carried out by a team of researchers from the Institute of Computing Science at Poznań University of Technology:
- dr hab. inż. Szymon Szczęsny Assoc. Prof. Szymon Szczęsny, PhD, DSc
- dr inż. Michał Melosik Michał Melosik, PhD
- dr inż. Mariusz Naumowicz Mariusz Naumowicz, PhD
- dr inż. Marek Kropidłowski Marek Kropidłowski, PhD
Tło historyczne, profil dydaktyczny i naukowy
Historical Background, Educational, and Research Profile
Nasza grupa badawcza, Neurocybernetics and Microsystems Engineering Laboratory (NME), wchodzi w skład Zakładu Uczenia Maszynowego. Wywodzimy się bezpośrednio z zespołu profesora Andrzeja Handkiewicza, który w swojej pracy naukowej zajmował się m.in. pionierskim opracowywaniem narzędzi CAD dla systemów mikroelektronicznych. Obecnie pracownią kieruje uczeń profesora – dr hab. inż. Szymon Szczęsny.
Our research group, the Neurocybernetics and Microsystems Engineering Laboratory (NME), operates within the Machine Learning Research Group. We originate directly from the team of Professor Andrzej Handkiewicz, whose scientific work included pioneering the development of CAD tools for microelectronic systems. The laboratory is currently led by the professor's protégé – Assoc. Prof. Szymon Szczęsny, PhD, DSc.
W naszej działalności naukowej i dydaktycznej specjalizujemy się w kluczowych obszarach nowoczesnej mikroelektroniki oraz inżynierii systemów. Prowadzimy badania i projekty obejmujące projektowanie FPAA jako VLSI (układy analogowe o programowalnej strukturze i ich aplikacje), systemy wbudowane na FPGA (zaawansowane projektowanie cyfrowe i architektury sprzętowe), kwantową generację liczb losowych (QRNG – fizyczne źródła entropii i ich implementacja), integrację technologii kwantowych z systemami wbudowanymi jako prekursorzy kwantowego Internetu Rzeczy (Q-IoT), a także sieci neuronowe i Spiking Neural Networks (SNN) oraz obliczenia neuromorficzne z użyciem neuroprocesora Intel Loihi. Ponadto Pracownia NME realizuje część kluczowych przedmiotów elektronicznych na kierunku Informatyka (studia I i II stopnia).
In our research and teaching activities, we specialize in key areas of modern microelectronics and systems engineering. We conduct research and projects encompassing FPAA design as VLSI (field-programmable analog arrays and their applications), embedded systems on FPGA (advanced digital design and hardware architectures), Quantum Random Number Generation (QRNG – physical entropy sources and implementation), integration of quantum technologies with embedded systems as precursors of the Quantum Internet of Things (Q-IoT), as well as neural networks, Spiking Neural Networks (SNN), and neuromorphic computing using the Intel Loihi neuroprocessor. Furthermore, the NME Laboratory delivers core electronic courses for the Computer Science degree program (undergraduate and graduate studies).
Ewolucja współpracy z firmą Intel
Evolution of Cooperation with Intel
Specjalność dedykowana dla kierunku Automatyka i Robotyka, wprowadzająca nowoczesne podejście do rekonfigurowalnego sprzętu sterującego.Specialization dedicated to Automation and Robotics, introducing a modern approach to reconfigurable control hardware.
Pierwsza specjalność na kierunku Informatyka zbliżająca studentów do zagadnień sprzętowych.The first specialization in Computer Science bringing students closer to hardware topics.
Wspólna specjalność magisterska przygotowana z dr. inż. Markiem Żmudą (Intel), z której absolwenci trafili do gdańskiego oddziału firmy. [Umowa o grant: „Embedded Systems Development Technology – graduate course”, Intel Technology Poland Ltd]Joint graduate specialization prepared with dr. inż. Marek Żmuda (Intel), from which graduates joined the company's Gdańsk branch. [Grant Agreement: „Embedded Systems Development Technology – graduate course”, Intel Technology Poland Ltd]
Elitarny program magisterski odpowiadający na nowoczesne potrzeby rynkowe systemów rozproszonych. [Umowa o grant: „EDGE Computing Curriculum”, Intel Technology Poland Ltd]Elite graduate program addressing modern market needs of distributed systems. [Grant Agreement: „EDGE Computing Curriculum”, Intel Technology Poland Ltd]
Kontakt
Contact
The Laboratory of Neurocybernetics and Microsystems Engineering (NME)
Institute of Computing Science, Poznań University of Technology.
E-mail: nme@put.poznan.pl
Podziękowania
Acknowledgements
Realizacja grantu oraz pomyślne wdrożenie nowoczesnych metodologii projektowania układów scalonych były możliwe dzięki wieloletniej, owocnej współpracy naukowo-dydaktycznej z dr. inż. Markiem Żmudą z Intel Technology Poland. Dziękujemy za zaufanie, wsparcie oraz konsultacje merytoryczne.
The implementation of the grant and the successful deployment of modern IC design methodologies were made possible thanks to long-standing, fruitful scientific and educational cooperation with Marek Żmuda, PhD from Intel Technology Poland. We thank you for your trust, support, and expert consultations.