王東：5G時代中國要做領(lǐng)跑者

杜月嬌

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

5G時代，“速度”是個關(guān)鍵詞

在北京交通大學9號教學樓一間稍顯簡陋的辦公室里，我們見到了王東。他正和他的團隊忙得熱火朝天，在他的日程表上，科研、教學、團隊會議、各種研討會和交流……占據(jù)了他的時間?！拔覀冋诤蜁r間賽跑！”王東說這話時一臉疲憊卻又充滿難以掩飾的興奮，“對于即將到來的5G時代，‘速度可是個關(guān)鍵詞！”

所謂5G，官方名稱為移動通信系統(tǒng)IMT-2020，是指面向2020年移動通信發(fā)展的新一代移動通信系統(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，其無線覆蓋性能和用戶體驗也將得到顯著的提高。

王東向記者介紹，5G不僅是下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，而且還是未來數(shù)字世界的驅(qū)動力，是當前技術(shù)的持續(xù)演進和革命性技術(shù)的創(chuàng)新。面對全球5G發(fā)展的浪潮，我國在國家層面也及時啟動了5G研發(fā)項目以及進一步擴大與全球的交流合作的新舉措，“5G推進組”的成立以及國家“863計劃”——“第五代移動通信系統(tǒng)研究開發(fā)一期”重大項目的啟動都表明，國家正全力致力于推動我國第五代移動通信技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化，并且戰(zhàn)略已經(jīng)開始進入落實和實施階段。王東所在的北京交通大學正是國家“863計劃”5G項目的參與單位之一，而王東的團隊更是奮戰(zhàn)在科研第一線的隊伍。

可重構(gòu)計算——攻克5G移動通信的核心技術(shù)難關(guān)

盡管人們對5G需求有了一定的概念，但實際上5G目前尚處于初步的研究階段，業(yè)內(nèi)專家普遍認為，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)。這對全球移動通信界來說都是一個巨大的考驗。

王東向記者介紹，學術(shù)界已有大量研究對5G關(guān)鍵技術(shù)進行了分析和預測，大規(guī)模MIMO技術(shù)是保證5G通信實現(xiàn)最為核心的技術(shù)。由于使用了大規(guī)模天線陣列進行復雜時空信號處理和傳輸，大規(guī)模MIMO通信對硬件系統(tǒng)的計算能力提出了苛刻的要求。從計算角度分析，實現(xiàn)大規(guī)模MIMO實時信號處理的關(guān)鍵瓶頸在于難以加速算法中普遍存在的各種復雜大型矩陣運算；目前，雖然有一些前沿性研究性工作利用大型FPGA陣列實現(xiàn)了大規(guī)模MIMO通信的原型計算系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)在成本、功耗方面都遠無法達到實際應(yīng)用要求。

王東從2008年就開始從事高性能算數(shù)運算電路設(shè)計方面的研究工作，先后承擔了國家自然科學基金青年基金項目、中國博士后科學基金項目和北京市自然科學基金預探索項目，開展了面向通信基帶數(shù)字信號處理應(yīng)用的高性能復數(shù)算數(shù)運算單元設(shè)計與實現(xiàn)的基礎(chǔ)研究工作。王東和他的研究團隊已經(jīng)攻克了高性能復數(shù)算數(shù)運算單元設(shè)計問題，探索研究了5G基帶數(shù)字信號處理的粗粒度可重構(gòu)計算方法，初步分析了基帶前后端信號處理計算密集型算法Kernel的復雜度、計算模式、訪存特性等。這些工作讓王東在可重構(gòu)計算技術(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。

目前學術(shù)界普遍認為，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，王東和他的團隊計劃采用粗粒度可重構(gòu)計算技術(shù)，探索研究可滿足5G大規(guī)模MIMO通信計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)計算理論和軟件無線電思想，以實現(xiàn)高性能、低功耗的大規(guī)模MIMO數(shù)字信號處理為目標，提出了一套綜合性的算法計算模型分析模型、實現(xiàn)和硬件架構(gòu)設(shè)計空間探索方法，不僅適用于大規(guī)模MIMO信號處理加速，還可以用來實現(xiàn)其它5G通信基帶數(shù)字信號處理算法；同時，對可重構(gòu)計算陣列進行了面向復數(shù)和大型矩陣運算的優(yōu)化，縮減了陣列面積、降低了配置信息復雜度、提升了通信算法的執(zhí)行效率。該架構(gòu)還將可重構(gòu)VLIW處理器和計算陣列緊密耦合在一起，通過共享寄存器和存儲空間的方式降低了不同類型計算任務(wù)切換帶來的控制和數(shù)據(jù)傳輸代價。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)域的最新思想擴展而來，屬于跟蹤性創(chuàng)新。

從王東的研究計劃表上可以看到，他的研究日程已經(jīng)安排到了2019年的12月份，一步一個臺階，可謂步步為營。他和他的團隊對此項研究的成功充滿了信心，王東堅信，他所研究的面向5G大規(guī)模MIMO信號處理的粗粒度可重構(gòu)計算核心技術(shù)，是立足于前沿研究，探索高性能、高能效的無線通信處理的關(guān)鍵技術(shù)，具有很強的學術(shù)價值和應(yīng)用意義，特別是對我國無線通信設(shè)備、核心芯片制造等優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展具有深遠的意義。

不畏艱難的“80后”科學工作者

王東是個“80后”科學人，他的團隊成員也多以“80后”為主，擁有年輕人的朝氣和樂觀，同時并沒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，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。期間公派留學美國加州大學洛杉磯分校，研究方向改為了做計算機的體系結(jié)構(gòu)。這段深造經(jīng)歷給王東帶來的收獲非常之大，之前在國內(nèi)的學習偏向于工程性，較少接觸國際前沿的研究方向，而美國之行讓他極大地開闊了眼界，呼吸到了新鮮空氣。在美國這段時間里，他把集成電路和計算機體系結(jié)構(gòu)兩個研究方向有機地融合在一起，為日后可重構(gòu)計算方法的研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

如今，在北京交通大學計算機與信息技術(shù)學院任職的王東，又擔任起了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)這個全新學科的教研室主任，身上肩負了更重的擔子。他希望能夠做到科研和產(chǎn)業(yè)的相互促進，能夠早日實現(xiàn)“產(chǎn)學研用”的一條龍，能夠用之于國，服務(wù)于民。

對于未來的科研道路，王東和他團隊伙伴們的雄心壯志支撐著他們的快馬揚鞭。但同時他們也深深地明白，科研是需要時間積淀的。顯然，年輕的他們有足夠的時間和潛力去完善自己。未來的科技時代精彩紛呈，但也競爭激烈，如果想在這條風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，已經(jīng)準備好了。