Performance, Applications, and Security (PAS) Lab
電腦效能應用與安全實驗室
Department of Computer Science and Information Engineering
National Taiwan University
Location: CSIE 504
TEL: 02-3366-4888 x504
Director
Shih-Hao Hung, Ph.D., Associate Professor洪士灝博士、副教授
- Office: CSIE 320
- Email: hungsh at csie.ntu.edu.tw
- TEL: 02-3366-4888 x320
Introduction to PAS Lab
In PAS Lab, we strive to make computer systems better by innovating and integrating hardware and software the technologies. We see three key issues that have fundamentally driven the evolution of the computer industry to where it is today: Performance, Applications, and Security, and we believe that they are keys to building better computer systems for tomorrow. Thus we study the latest hardware and software technologies such as:- Parallel computing
- Heterogeneous multicore systems
- Performance analysis and optimization
- System software and virtualization
- Cloud computing infrastructure
- Accelerating Deep Learning and Big-data applications
- Mobile and Internet security
- FPGA acceleration
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| PAS 實驗室 |
- High-performance servers, including DGX-1 servers
- Latest deep learning workstations with high-end GPUs
- Many latest development boards such as Edge TPU and Jetson Xavier
- 100Gbps Ethernet Switch
- Intel's FPGA accelerator platform
- XEON Phi 60-core accelerator
- HSA (Heterogeneous System Architecture) simulator
- ARM Hypervisor
- big.LITTLE development system
- Altera DE4
- Android and iOS phones and tablets
Presentations
Awards
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| 2013年教育部網路通訊人才培育計畫優等 |
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| 2012 教育部通訊軟體與創意應用競賽第一名 |
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| ACM RACS 2011 Best Paper Award |
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| 國科會自由軟體計畫績優獎(2012.08) |
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| 2010 教育部嵌入式軟體設計競賽特優作品 |
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| 2006 ARM Code-O-Rama程式大賽冠軍 |
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| 2011 ESWEEK Android Competition, 4th Place |
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| 2010 教育部嵌入式軟體設計競賽特優 |
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| 2011 IBM Open Collaboration Faculty Award |
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| 2010 教育部嵌入式軟體設計競賽佳作 |
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| 2010 教育部嵌入式軟體設計競賽佳作 |
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| 2011 國科會優良研究計畫獎 |
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| 2011 通訊大賽Qualcomm企業獎 |
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| 2007國網杯高速計算競賽第三名 |
Members of PAS Lab
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| 實驗室研究生畢業典禮 |
Recruiting (Chinese)
我們每年都有大學部、碩士班、博士班的學生加入。因為資源有限，我們無法給予學生們相當於他們貢獻的薪資。在有研究計畫和政府補助的前提下，我們最多能提供每月20000元給博士班學生，每月6000元給碩士班學生，但是我們不能保證經常都能如此。基本上，學生必須自己想辦法取得求學所需的財力支援，這是台灣目前的狀態。然而，台灣大學的學費相當便宜，每年只要50000~60000元即可，可謂價廉物美。如果學生對於研究津貼有別的需求，請先與洪教授做個人討論。
有意加入本實驗室的同學，歡迎約時間與洪教授討論，或是隨時來敲他研究室(320)的門。來訪之前，請瀏覽相關資料，了解一下我們實驗室在做的研究方向。也可以先到504實驗室參訪，跟研究生聊一聊，多方了解實驗室的研究領域，教育理念，以及個人風格。
基本上，我們希望進到實驗室的學生有一項或數項相關領域的基礎，例如:
學生每周參加實驗室全體的會議 (約兩小時)，以及與定期與洪教授一對一的會談。碩士與博士班學生要拿到學位，必須證明他們的研究能力，包括寫論文和通過答辯，而我們對此有很高的標準。
有意加入本實驗室的同學，歡迎約時間與洪教授討論，或是隨時來敲他研究室(320)的門。來訪之前，請瀏覽相關資料，了解一下我們實驗室在做的研究方向。也可以先到504實驗室參訪，跟研究生聊一聊，多方了解實驗室的研究領域，教育理念，以及個人風格。
基本上，我們希望進到實驗室的學生有一項或數項相關領域的基礎，例如:
- 平行處理
- 計算機結構
- 系統軟體
- 資訊安全
在實驗室裡，我們希望訓練學生實際分析最新的技術問題的能力，藉此讓學生能發掘新問題、提出研究計畫、建構創新的解決方案。我們預期學生從追蹤大型程式、剖析複雜的系統、閱讀研究論文中學習到很多的實務研究經驗。最終，碩士與博士班學生必須有能力整合他們自己所做的研究、通過論文答辯、撰寫研究論文。
學生每周參加實驗室全體的會議 (約兩小時)，以及與定期與洪教授一對一的會談。碩士與博士班學生要拿到學位，必須證明他們的研究能力，包括寫論文和通過答辯，而我們對此有很高的標準。
我們的碩士學生平均修業兩年可拿到碩士學位，但是有的早，有的晚，視研究進度而定。我們碩士畢業生，受業界很大的歡迎，沒聽說有找工作方面的問題。
我們的博士學生必須要能夠展現在他們研究領域中最頂尖的成果。因此，有意進來做博士研究的同學，請先評估一下自己的能力和時間。在我們的領域上，如果無法專注在研究上，通常很難成為頂尖的研究者。所以在職的學生，如果職場的工作與實驗室的研究無關的話，可能很難拿到學位。然而，我們認為我們的博士訓練，對於開發業界所需的頂尖人才和技能，非常有幫助。
Recruiting (English)
Every year, we accept BS, MS, and Ph.D. students. Due to limited fundings that we receive from the government, we cannot afford to fully pay our students for their contributions. We pay our Ph.D. students up to NT$20000 per month and MS students up to NT$6000. That is typical in Taiwan. To cover your tuition fees and living expenses, you have to find your own financial support. On the other hand, the tuition fees for NTU are inexpensive, which is about NT$50000~NT$60000 per year as of 2013.
Those who are interested in joining PAS Lab are welcome to make appointment with Prof. Shih-Hao Hung, or knock on the door of CSIE 320 without an appointment. However, please read the basic information about our lab -- you should have the basic understanding about some of our research directions before you come. You can visit the lab at CSIE 504 any time to talk to the students, so you can better understand the research, education, and life in our lab.
We would like to work with students who have some background in the following areas:
- Parallel processing
- Computer architecture
- System software
- Information security
Students of PAS Lab participate in a weekly group meeting (2 hours) and have individual 1-on-1 meeting with Prof. Hung periodically. For MS and Ph.D. students to earn their degrees, they need to prove that they have done good research works by writing theses and pass the defense. We have a high standard on the quality of our students' research works.
On average, MS students earn their degrees in 2 years. Some may graduate earlier and may graduate in 2.5~3 years, depending on their progress. Our M.S. graduates are wanted by the industry, and none of them have had any problems in finding good jobs.
We ask Ph.D. students to demonstrate top-notch works in their research areas. If you are interested in our Ph.D. program, please consider your own capability and schedule. In our area, it is usually difficult to become a top-notch researcher unless you are highly devoted. Thus, part-time Ph.D. students can have a tough time completing their Ph.D. training if their research works are unrelated to their daily jobs. We believe that our Ph.D. training develops useful skills for taking a leading position in top-notch companies.
Photos and Demos
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| 實驗室導生會 |
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| 實驗室導生宴 |
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| 2010 教育部嵌入式軟體設計競賽特優 |
Frequently Asked Questions (FAQ)
- 我正站在人生重要的路口，不知道將來要做什麼？可否給點建議？
A: - 我在考慮要不要念博士，老師有什麼建議嗎？A: 請參考洪老師寫的部落格文章：
該不該念博士?
- 實驗室跟業界的關係如何？
A: 請參考洪老師寫的部落格文章：
40 歲的哀愁 - 以本事論英雄？
- 感覺不熬夜就真的很多東西讀不完。希望老師您能以過來人來建議我有什麼方法改變現在這處境。
A: 年輕的學生必要的時候熬一下夜，應該不會是個問題，但是天天熬夜就不好了。我當初並沒有很用功，考試和繳報告前熬夜就混過去了，成績沒有很好，並不是很好的榜樣，但是我覺得為了好成績而常常熬夜，把身體累壞，不大值得。
- 感覺大學教育就像是填鴨式一樣，教授們在短時間內教很多東西，可是學生們都在考完時候就忘記了，請問教授這是正常的現象嗎？
A: 東西不用就忘了，是很正常的事... 尤其我記性不好，更是如此。所以我學東西的時候，喜歡動手做，喜歡拿學到的東西來用一用，加強記憶。 - 實驗室有女生嗎？歡迎女生嗎？
A: 我們實驗室有女生啊，而且很歡迎女生加入。
附錄：２０１１刊在系統晶片中心之完整的中文簡介
效能應用與安全實驗室
PAS Lab，成立於2005年2月，由洪士灝教授主持，坐落於國立台灣大學德田館504室，目前由三位博士班研究生、十四位碩士班研究生組成，另外實驗室也有五位大學部學生在此進行專題研究。成立迄今，已有二十九位碩士畢業生。
指導教授
洪士灝教授在1982年就讀建國中學之前，即對電腦產生濃厚興趣，開始自行修習電腦科技並立志鑽研電腦系統。洪教授熱衷於電腦實務研究，高中一年級以電腦相關作品獲得全國高中科學展覽佳作，就讀台灣大學期間，於二年級、三年級連續兩年獲得全國大專電腦硬體設計競賽佳作。1989年取得國立台灣大學電機工程學士，
1989-1991年服役於海軍陸戰隊擔任少尉軍官。役畢後在台灣大學電機工程學系擔任一年的助教職務，隨即留學美國密西根大學（University of
Michigan, Ann Arbor），師事Prof. Edward S. Davidson，專攻高效能計算與平行電腦系統（high-performance computing and parallel systems）。於2008年取得資訊科學與工程博士學位後，繼續擔任博士後研究員至2000年。於2000年赴北加州加入昇陽電腦公司（Sun
Microsystems, Inc.）的效能工程團隊（Performance Application
Engineering），研發高效能商用伺服器以及資訊安全技術，2004年發表當時世界最快的Secure Web Server System。2005年因為個人生崖規劃，返國加入台大資訊工程系、資訊工程研究所、網路與多媒體研究所的行列，期望藉著從事教學研究，將最新的資訊系統科技帶回到國內生根茁壯。
洪士灝曾接受『台大電機之友』的邀約，在2009年5月刊登一篇分享其個人學思歷程的專文，有興趣者可參考：http://alumni.ee.ntu.edu.tw/wp/content/32/6.html。洪教授在文末提到：
『台灣近年來強調嵌入式系統，以系統晶片來提高資訊產業競爭力，晶片設計有長足的進步，但嵌入式軟體設計人才與技術仍是大大不足。競爭力源自於人才培育，因此我在教育訓練這方面注入不少心力：增開新的研究所課程、參與教育部的嵌入式系統課程編修、訓練學生從事嵌入式系統研究。我深深覺得，在此重要時刻，不大幅的提昇競爭力，台灣的資訊產業如何能在全球化、中國大陸崛起的年代裡繼續扮演舉足輕重的角色？』
『得天下之英才而教之，教學相長的快樂，是筆墨難以形容的；但其幕後的艱辛，也不足為外人道。技術與知識的傳授，只是其中的一小部分。如何去與學生充分溝通相處，與公司同事間相待大異其趣。沒帶過人的我，帶領十八位研究生，如何引領入門？如何找尋研究計畫？如何管理研究進度？如何引導學生解決問題？還有，如何面對台灣的學術文化？這些個個都是挑戰。沒有挑戰，就不會學習，就不會有進步。我想，跳脫出專業領域，還有更寬廣的世界，更重要的生命課題等著我們去發掘研究。』
回到台大的這些年，洪教授所從事的研究領域相當受到學界和業界的重視。除了接受教育部、國科會、經濟部、工研院以及電腦公司等單位委託知研發計畫，洪教授也經常到各處對求知若渇的系統和軟體研發工程師演講。由於近年來智慧型行動裝置和雲端運算急速竄紅，學界和業界咸認為是台灣繼個人電腦代工和低階消費型電子產品之後，能夠讓台灣延續高科技業榮景的重要技術。然而，洪教授坦言，台灣在軟體產業技術上，要在行動與雲端產業上與先進國家競爭，高級軟體研發人才的培育是最為迫切的要務。在這幾年來，洪教授不斷接到業界積極網羅精通系統軟體和電腦系統架構人才，亟需教育訓練以及到大學院校求才若渇的訊息。對此現象，洪教授以他將近三十年『快樂地』學習電腦的經驗，分享他對台灣學界和業界的看法：
- 電腦的硬體和軟體雖然不斷地在進步，但是往往新的技術是建構在原有技術的基礎技術之上，甚至是將多年前已經提出的解決方案，與新的技術相結合，成為大家爭相使用、引領潮流的技術。近年的雲端運算, iPhone, iPad等，絕對不是只靠創新的構想，而是需要有雄厚的系統設計技術、人才與團隊為根基。Google與Apple都有許多在幕後默默耕耘的一流工程師，把很多艱難的問題一一克服，能夠做出與眾不同的東西。因此，台灣要在系統上迎頭趕上，要掌握時機，但是絕對不能好高騖遠。真正好的系統設計，不是急就章，或是靠人多土法煉鋼就能夠做出來的。
- 在過去以代工為主的業界，許多業者不願投資研發創新做第一，大家寧可做老二，看到某產品當紅大賣，一窩蜂稱相仿傚，趕時間、壓低成本把類似產品做出來的思維，面對中國在高科技業的崛起，或許應該有所省思。對於高科技人才的培育，不能置身事外，坐享其成，應該多與學界互動；對於高科技人才的運用，不能以各種手段威逼利誘，搞得人才變成奴才，創意全失。台灣產業未來的出路，必須靠創意、技術和團隊合作，培育、網羅、尊重人才是這一且的基礎，這考驗經營者的智慧和勇氣。
- · 以往許多台大的畢業生，為了『錢』途，願意到一些比較操勞的公司焚膏繼晷地工作，覺得辛苦奮鬥幾年之後，就可以一輩子不愁錢。以過來人的身分，我奉勸有這種想法同學們三思而後行。倘若一個人，具備一流的頭腦，接受一流的高等教育之後，應該擁有不凡的能力，這個能力就是將來一輩子做人做事的本錢。只要好好照顧自己的身心，不過度操勞工作造成不可逆的傷害，或是貪圖享樂耗費掉這些得來不易的本錢，何必有過度的擔心和奢望呢？
- 『樂在工作』是一件很難的事情。首先，在學習專長之前，最好能夠選擇自己喜歡的方向。洪教授個人覺得非常幸運，一路走來，都在學習自己有興趣的電腦科技，也不斷學以致用。三十年來，電腦科技進步的幅度之大，讓不少人疲於奔命，也讓許多人樂此不疲，差別只在興趣多寡而已。洪教授也注意到不少學子畢業後無法學以致用的窘境，或許來自於學術環境與業界需求的落差，因此他特別希望提醒同學們，不要只埋首於書本中，或是沈醉在個人興趣之中，也必須考慮社會的需求。
- 在自嘲是個『資深宅男』之餘，洪教授也有許多的嗜好以及對社會人文的關注，洪教授的研究室裡，陳列多座排球比賽的獎杯與獎牌，美國帶回來的公路自行車，750重型機車的車牌等等，尤其是在2007年，以四十歲的『高齡』，他和資工系同學組隊獲得台大杯排球賽的冠軍，是他津津樂道的逸事。對於『研究』，洪教授認為人生值得研究的項目太多了，只要用心觀察、冷靜思考，現今台灣的社會中充滿了很多『有趣』且值得探討的事。舉凡思想、教育、經濟、文化、政治，許多大大小小的事物皆與個人相關，經常在個人部落格（blogger）以及臉書（facebook）上發表個人意見，也希望透過網路和電腦科技促進人群相互學習，創造更好的社會環境。
PAS Lab
效能應用與安全實驗室著重在電腦系統的設計上，追求最佳的效能表現（performance），開發與支援重要的應用（applications），以及提昇資訊的安全性（security）。一個電腦系統的價值，決定於是否能充分滿足使用者對效能、應用與安全的需求，能否掌握此三者對於系統設計的交互影響，往往是達成優良系統設計的關鍵。
以目前最熱門的行動雲端運算（mobile cloud
computing）為例，一般開發者面對的問題，是如何發揮行動裝置或是雲端伺服器上個別的應用。市面上五花八門標榜雲端運算的應用，有不少只是把傳統的用戶-服務（client-server）模式，放置在行動裝置或是雲端伺服器上，雖然在短短幾年裡提供行動裝置使用者許多應用軟體與網路服務，也衍生了許多尚未解決的問題。
首先，是行動網路傳輸的不確定性，必須要列入應用軟體和系統軟體（system
software）設計的重要考量。如果一昧地『雲端化』，把所有的資料和資料處理的程式全部放在遠端的伺服器上，當行動網路狀況不佳的時候，應用就無法由雲端伺服器來處理的時候，如何還是能夠在行動裝置上運作？這個時候，應用和資料能不能透過系統軟體的支援，有效率地在行動裝置和雲端伺服器之間轉移（migrate），是現今許多系統軟體研究和開發者積極想要解決的問題，也是PAS Lab的主要研究課題之一。
第二，個人資料在網路傳輸與雲端伺服器上儲存時，資料的安全性與私密性的確保，是目前許多政府機構和企業對於雲端運算裹足不前的原因。雖然雲端技術可以提供大量且廉價的傳輸、處理和儲存的功能，如果無法將資訊安全的疑慮降到最低，應用雲端的機會便會大打折扣。資料的保密和分享，看似相衝突的兩個方向，對於懂得密碼學和資訊安全的研究者而言，其實是可已相輔相成的。以著名的public-key cryptography為例，正因為能夠很便利地用來保護使用者之間的資料傳輸，才能鼓勵大家分享資料，進而在1990年代末期創建了電子商務時代。目前的雲端服務，在大規模普及時也面臨類似的考驗，這是我們PAS Lab在發展雲端服務與應用時，想多去關切與突破的技術焦點。
第三，要充分發揮行動雲端運算的效能，必須多研究行動裝置的系統設計。大家現在耳熟能詳的iPhone、iPad、和Android手機和平板電腦，在僅僅數年間，就搶走了大片微軟和Intel花了數十年建立的個人電腦生態系(eco-system)，更突破了Windows作業系統和80x86處理機獨壟斷市場和技術的局面，帶領我們進入行動運算平台的戰國時代。在台灣，許多如HTC這樣的公司，從以前只能幫大公司代工，到自有品牌行銷硬體，現在有機會運用甚至改良Google所提供的開放式Android系統軟體，進而掌握關鍵的軟硬體技術。如何設計出又輕又薄又好用的手機和平板電腦，是目前兵家必爭之地，而我們實驗室近年來一直在系統軟體和硬體架構上尋找研究題材，洪教授除開設Linux作業系統、Android內部架構、多核心的嵌入式系統軟體相關課程之外，實驗室研究生對於虛擬執行環境(Virtualized environment)、效能分析工具、硬軟體協同設計等方向上皆有所涉獵，也培養出不少軟硬兼修的校友，在業界貢獻其專長。
第四，要真正利用雲端伺服器進行大量的資料處理，必須了解平行和分散式計算的理論和實務。在資工所和網媒所，我們有許多精通各種演算法和軟體設計的人才，搭配對於實務的了解，或是和懂得系統架構（system infrastructure）的人才合作，就有更大的機會能夠創新雲端應用。洪教授開設平行和分散式程式設計課程，實驗室除了開發雲端系統的效能工具之外，也和專業領域的教授們合作，指導學生研究與開發各類型的雲端應用。
在研究的進行上，PAS Lab非常強調問題導向式（problem-oriented）的研究、學以致用以及團隊合作。在我們周邊的資訊和網路系統中，只要用心去找，就可以找到很多有趣的問題。很多時候，在系統的領域裡，問題是無法用理論去了解，或是直接套用公式去求解，因此不少剛開始進到系統領域的同學，對於如何在這樣的領域做研究感到惶恐不安。然而，當同學對各類型的電腦系統，這個人類工藝史上最複雜的創作，了解得越深入，對於電腦系統上的每一個問題，可能找到越多的解決方案。然而，如此複雜的電腦系統，必須倚賴良好的團隊合作，才有可能面面俱到。真正設計良好的複雜（complex）系統，其實運作上條理分明，是一種科技之美；而設計不佳的複雜（complicated）系統，沒效率地疊床架屋，成本沒有用在刀口上，搞得使用者七葷八素的。因此，在系統設計上，優秀的人才和團隊合作，絕對是成功的關鍵，Apple和Google就是絕佳的案例。
我們鼓勵同學走出實驗室，多方探索。我們經常性地與台大、清大、交大、以及中研院的學術研究團隊協同進行研究，透過整合型計畫把研究做得更深入，同時拓展同學們的視野。除了學術研究之外，我們也致力於產學合作，包括經濟部的科專計畫以及直接與業界一流研發團隊的合作案，讓同學們實際參與尖端工程技術的研發過程，培養業界所迫切需要的領導性人才。另外，實驗室同學也經常參加各項系統設計競賽，最近比較值得一提的是在2010年度教育部主辦的嵌入式系統設計競賽中，我們將學術理論應用於系統軟體與硬軟體統合設計，獲得一項特優、兩項佳作的成績。
研究領域
效能應用與安全實驗室旨在針對目前越來強大而複雜的電腦系統和應用，發展效能分析技術、創新系統應用以及強化資訊安全，分述如下：
- 效能分析 (Performance) 效能分析的目的在於確保系統藉由有效率地運作，充分滿足使用者在應用上的需求。效能與使用者經驗息息相關，然而效能分析除了評估系統打分數之外，最重要的是能否找到影響效能的關鍵因素，並且提出有效的解決方案，達成效能最佳化(optimization)。前瞻性的效能分析技術不僅針對在現有系統上已發生的問題，還能夠在系統設計的時期，及早預測和消弭可能出現的問題。越早發現問題，解決問題的方法越多，為問題所付出的代價越低，對於創新的系統設計極為重要。我們在這方面研究的主題包括：在虛擬平台(virtual platform)上進行效能預測的技術，分析複雜的多核心系統中硬軟體互動瓶頸，為複雜應用找出硬體加速的方法等等。
- 系統應用 (Applications) 近年來手機與雲端的應用開創了許多新的應用，然而我們認為這只是個起點，要能夠真正地開發行動雲端運算(mobile cloud computing)龐大的潛力，必須多方深切了解行動運算與雲端運算的技術內容，才能夠真正創新。我們目前探討的主題包括對智慧型手機系統的硬軟體架構，雲端分散式平行處理程式設計與分析，新型的行動雲端合作式(collaborative)應用，多核心系統軟體，以及虛擬手機(virtual phone)等等。
- 資訊安全 (Security) 如果無法保障使用者的個人資訊，再快的電腦，再多的功能，用途也有限。資訊安全的技術包羅萬象，例如資料的加密與認證(cryptography)，駭客入侵的防範(intrusion protection), 使用者與服務者的信任機制(trust mechanism)，對於諸多的網路應用，已經成為是根本的考量。如何妥善將資訊安全技術妥善地結合至系統與應用之中，是我們關切的主題。我們最近的研究主題包括：惡意攻擊的偵測與防範，透過平行計算加速加密與解密的程序，以及行動雲端計算環境之下的信任機制。
研發成果
我們認為，系統的研發和創新必須先紮紮實實地研究問題和系統性地開發技術，才能真正產生世界一流的研發能量和尖端的研發成果。經由數年來的努力，我們累積與整合了許多早先研發出來的技術，逐漸在各方面把技術與經驗發展至國際一流層次，因此論文發表數量與品質逐年提昇。
未來研究展望
實驗室將一本初衷，在Performance, Applications,
Security三方面，持續掌握電腦與網路科技的動向，發掘重要的研究題材，培育出具備多元軟硬體能力的系統人才，也期待我們所產生的研究成果，可以對於台灣的學術界和業界有所貢獻。
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