杜月嬌

當(dāng)下，移動(dòng)通信已經(jīng)深刻地改變了人們的生活， 特別是第四代移動(dòng)通信技術(shù)，徹底改變了人們的數(shù)字移動(dòng)生活。但人們對(duì)于更高性能移動(dòng)通信的追求從未停止，隨著智能終端的普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，讓人們對(duì)于5G充滿了期待和渴望。

5G時(shí)代，“速度”是個(gè)關(guān)鍵詞

在北京交通大學(xué)9號(hào)教學(xué)樓一間稍顯簡(jiǎn)陋的辦公室里，我們見到了王東。他正和他的團(tuán)隊(duì)忙得熱火朝天，在他的日程表上，科研、教學(xué)、團(tuán)隊(duì)會(huì)議、各種研討會(huì)和交流……占據(jù)了他的時(shí)間?！拔覀冋诤蜁r(shí)間賽跑！”王東說(shuō)這話時(shí)一臉疲憊卻又充滿難以掩飾的興奮，“對(duì)于即將到來(lái)的5G時(shí)代，‘速度可是個(gè)關(guān)鍵詞！”

所謂5G，官方名稱為移動(dòng)通信系統(tǒng)IMT-2020，是指面向2020年移動(dòng)通信發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，具有超高的頻譜利用率和超低的功耗，在傳輸速率和資源利用率等方面應(yīng)比4G系統(tǒng)提高10倍，其無(wú)線覆蓋性能和用戶體驗(yàn)也將得到顯著的提高。

王東向記者介紹，5G不僅是下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，而且還是未來(lái)數(shù)字世界的驅(qū)動(dòng)力，是當(dāng)前技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)和革命性技術(shù)的創(chuàng)新。面對(duì)全球5G發(fā)展的浪潮，我國(guó)在國(guó)家層面也及時(shí)啟動(dòng)了5G研發(fā)項(xiàng)目以及進(jìn)一步擴(kuò)大與全球的交流合作的新舉措，“5G推進(jìn)組”的成立以及國(guó)家“863計(jì)劃”——“第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)研究開發(fā)一期”重大項(xiàng)目的啟動(dòng)都表明，國(guó)家正全力致力于推動(dòng)我國(guó)第五代移動(dòng)通信技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化，并且戰(zhàn)略已經(jīng)開始進(jìn)入落實(shí)和實(shí)施階段。王東所在的北京交通大學(xué)正是國(guó)家“863計(jì)劃”5G項(xiàng)目的參與單位之一，而王東的團(tuán)隊(duì)更是奮戰(zhàn)在科研第一線的隊(duì)伍。

可重構(gòu)計(jì)算——攻克5G移動(dòng)通信的核心技術(shù)難關(guān)

盡管人們對(duì)5G需求有了一定的概念，但實(shí)際上5G目前尚處于初步的研究階段，業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為，5G需要更高效的技術(shù)，需要更高的頻譜效率，更低的功耗，更智能的網(wǎng)絡(luò)。這對(duì)全球移動(dòng)通信界來(lái)說(shuō)都是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。

王東向記者介紹，學(xué)術(shù)界已有大量研究對(duì)5G關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和預(yù)測(cè)，大規(guī)模MIMO技術(shù)是保證5G通信實(shí)現(xiàn)最為核心的技術(shù)。由于使用了大規(guī)模天線陣列進(jìn)行復(fù)雜時(shí)空信號(hào)處理和傳輸，大規(guī)模MIMO通信對(duì)硬件系統(tǒng)的計(jì)算能力提出了苛刻的要求。從計(jì)算角度分析，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模MIMO實(shí)時(shí)信號(hào)處理的關(guān)鍵瓶頸在于難以加速算法中普遍存在的各種復(fù)雜大型矩陣運(yùn)算；目前，雖然有一些前沿性研究性工作利用大型FPGA陣列實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模MIMO通信的原型計(jì)算系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)在成本、功耗方面都遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求。

王東從2008年就開始從事高性能算數(shù)運(yùn)算電路設(shè)計(jì)方面的研究工作，先后承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目和北京市自然科學(xué)基金預(yù)探索項(xiàng)目，開展了面向通信基帶數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的高性能復(fù)數(shù)算數(shù)運(yùn)算單元設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)研究工作。王東和他的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)攻克了高性能復(fù)數(shù)算數(shù)運(yùn)算單元設(shè)計(jì)問(wèn)題，探索研究了5G基帶數(shù)字信號(hào)處理的粗粒度可重構(gòu)計(jì)算方法，初步分析了基帶前后端信號(hào)處理計(jì)算密集型算法Kernel的復(fù)雜度、計(jì)算模式、訪存特性等。這些工作讓王東在可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域積累了一定的理論基礎(chǔ)和大量的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

目前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，粗粒度可重構(gòu)處理器是一種兼具高靈活性、高性能和低功耗特性的處理器硬件架構(gòu)。鑒于此，王東和他的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃采用粗粒度可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)，探索研究可滿足5G大規(guī)模MIMO通信計(jì)算需求的新型硬件架構(gòu)和相關(guān)核心技術(shù)。

王東的研究結(jié)合了可重構(gòu)計(jì)算理論和軟件無(wú)線電思想，以實(shí)現(xiàn)高性能、低功耗的大規(guī)模MIMO數(shù)字信號(hào)處理為目標(biāo)，提出了一套綜合性的算法計(jì)算模型分析模型、實(shí)現(xiàn)和硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)空間探索方法，不僅適用于大規(guī)模MIMO信號(hào)處理加速，還可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)其它5G通信基帶數(shù)字信號(hào)處理算法；同時(shí)，對(duì)可重構(gòu)計(jì)算陣列進(jìn)行了面向復(fù)數(shù)和大型矩陣運(yùn)算的優(yōu)化，縮減了陣列面積、降低了配置信息復(fù)雜度、提升了通信算法的執(zhí)行效率。該架構(gòu)還將可重構(gòu)VLIW處理器和計(jì)算陣列緊密耦合在一起，通過(guò)共享寄存器和存儲(chǔ)空間的方式降低了不同類型計(jì)算任務(wù)切換帶來(lái)的控制和數(shù)據(jù)傳輸代價(jià)。該創(chuàng)新性工作是在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域的最新思想擴(kuò)展而來(lái)，屬于跟蹤性創(chuàng)新。

從王東的研究計(jì)劃表上可以看到，他的研究日程已經(jīng)安排到了2019年的12月份，一步一個(gè)臺(tái)階，可謂步步為營(yíng)。他和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)此項(xiàng)研究的成功充滿了信心，王東堅(jiān)信，他所研究的面向5G大規(guī)模MIMO信號(hào)處理的粗粒度可重構(gòu)計(jì)算核心技術(shù)，是立足于前沿研究，探索高性能、高能效的無(wú)線通信處理的關(guān)鍵技術(shù)，具有很強(qiáng)的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用意義，特別是對(duì)我國(guó)無(wú)線通信設(shè)備、核心芯片制造等優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

不畏艱難的“80后”科學(xué)工作者

王東是個(gè)“80后”科學(xué)人，他的團(tuán)隊(duì)成員也多以“80后”為主，擁有年輕人的朝氣和樂(lè)觀，同時(shí)并沒(méi)有沾染上同齡人的浮躁和輕狂。王東不止一次地告誡自己和同事，搞科研最重要的是專注，社會(huì)上充滿了各種各樣的誘惑，但是我們既然選擇了科研之路，就注定要放棄一些欲望和享受。

從大學(xué)畢業(yè)走到今天，王東的科研經(jīng)歷也并非是一條順暢的直線。在西安交通大學(xué)，他師從鄭南寧院士，從研究生開始就一直在做數(shù)字媒體相關(guān)的專用集成電路及CPU相關(guān)的設(shè)計(jì)。期間公派留學(xué)美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校，研究方向改為了做計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。這段深造經(jīng)歷給王東帶來(lái)的收獲非常之大，之前在國(guó)內(nèi)的學(xué)習(xí)偏向于工程性，較少接觸國(guó)際前沿的研究方向，而美國(guó)之行讓他極大地開闊了眼界，呼吸到了新鮮空氣。在美國(guó)這段時(shí)間里，他把集成電路和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)兩個(gè)研究方向有機(jī)地融合在一起，為日后可重構(gòu)計(jì)算方法的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

如今，在北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院任職的王東，又擔(dān)任起了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)這個(gè)全新學(xué)科的教研室主任，身上肩負(fù)了更重的擔(dān)子。他希望能夠做到科研和產(chǎn)業(yè)的相互促進(jìn)，能夠早日實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)學(xué)研用”的一條龍，能夠用之于國(guó)，服務(wù)于民。

對(duì)于未來(lái)的科研道路，王東和他團(tuán)隊(duì)伙伴們的雄心壯志支撐著他們的快馬揚(yáng)鞭。但同時(shí)他們也深深地明白，科研是需要時(shí)間積淀的。顯然，年輕的他們有足夠的時(shí)間和潛力去完善自己。未來(lái)的科技時(shí)代精彩紛呈，但也競(jìng)爭(zhēng)激烈，如果想在這條風(fēng)雨兼程的路上做一位領(lǐng)跑者，必將要付出更多一分的努力和辛勞。

王東和伙伴們說(shuō)，已經(jīng)準(zhǔn)備好了。