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王江舟院士:中国 5G 设备领先,美国在芯片上称霸

2020-03-24 08:58网易科技(章剑锋)0评

“重大事件往往催生技术的创新和突破。为了确保我们国家5G发展在全球的领先优势,我们要坚持既定的目标去发展5G、建设5G。”

新冠肺炎疫情发生初期,王江舟院士有一个担心,就是5G发展速度会不会因为疫情而受到影响。

远程医疗、远程教育和办公、红外热成像测温、5G+云直播、5G网联无人机、自动化工厂等,在疫情期间,一系列的5G应用场景出现,使一直以来还没有实现应用落地的5G技术忽然间放出异彩,让人不得不对其所具备的发展潜力刮目相看。

从国家层面来看,3月初几次会议均提出要加快发展5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度,而各地政府也纷纷推出政策,公布2020年5G发展目标,“新基建”一词火了。

对于5G发展受阻的担忧似乎没有必要。注意到这个形势的王江舟转而相信,疫情非但不大可能打乱发展,反而能够推动5G落地。

王江舟是一位国际顶尖的通信工程专家,现在英国肯特大学担任终身教授(诺贝尔文学奖得主石黑一雄、《指环王》中的“精灵王子”奥兰多.布鲁姆、知名的中国女外交官傅莹等人都是这所学校的校友)。2017年,王江舟当选为美国电气与电子工程师学会会士(IEEE Fellow),2018年,当选为英国皇家工程院院士。

英国皇家工程院是英国工程学界最高科研机构,它由王室颁布皇家特许状而成立。院士中包含了各个领域最杰出的工程科技专家。王江舟介绍说,之所以要冠上“皇家”二字,不光是因为代表了这是英国最重要的科研机构之一,且王室里的重量级人物,如女王的丈夫菲利普亲王或者儿子查尔斯王子,有时也会出席工程院的重要活动,体现出国家的重视。

(时任英国皇家工程院院长Dowling院士向王江舟颁授新当选院士状,2018年)

王江舟从事通信研究三十多年。英国皇家工程院的官网中介绍,他在从2G到5G的几代移动通信工程技术发展中,做出了杰出的贡献。他的开创性研究——在无线移动通信中的信号检测和多址技术的发明和创新,在全球通信行业中被广泛采用。

如今,王江舟和他的团队已经开始6G的研究工作,他们与国内的政府部门及科研机构也保持着密切的合作关系。

因为新冠肺炎疫情发生,王江舟原本计划春节后回中国交流访问的行程安排被打断了。本次接受网易科技《科学大师》记者独家专访时,他人正在英国。那里是王江舟的长期工作和定居地。

王江舟的老家,是湖北省黄冈市的黄梅县,黄冈紧邻武汉,这个市在中国新冠疫情期间,累计确诊病例数为2907例,以数字来看,在全国排序第三位,和武汉市(50005例)中间只隔着一个孝感市(3518例)。

王江舟的母亲和其他亲人都在国内生活,据他说,这次疫情期间在国内的家人都安然无恙,黄梅本地亲属的状况也安好。

在中国疫情趋向缓和的同时,新冠病毒却在全球大面积传播,欧洲也是受到疫情困扰的地区之一。王江舟所在的英国,确诊病例数不断增加,不过王江舟的语气一派轻松,并没有表现得焦虑。

“还不算严重,不像其他的欧洲国家,像意大利、西班牙、德国、法国都很厉害了,英国跟他们比还算少的。”

“在我们这里很少见到有人戴口罩”。王江舟说,这方面的新闻成了同事间主要的聊天话题,不过,“大家没有想要戴口罩来预防。”

尽管应对心态和机制在不同国家表现有所不同,但无人能否认,新冠肺炎当前已经是全球性的健康挑战。因而我们的采访也难免涉及当前这一次突发公共卫生事件。而在本职专业方面,王江舟也和我们分享了在这一次疫情中派上了大用场的5G通信的发展形势和问题,包括通信巨头华为所面临的外部挑战。

以下为专访内容:

1,5G网络可以应对疫情带来的流量压力

《科学大师》:自从鲍里斯首相呼吁民众在家办公后,英国境内通信网络发生故障,陷入瘫痪状态,欧洲网络据说也面临类似压力,这是疫情带来的空前的一种压力么?可以更好地应对这种突发状况么?

王江舟:几天前,我听说过英国有些用户手机打不通电话,但问题很快解决了,可能是连接几个不同移动网络的设备出现故障,这应该是偶发事故,与网络拥堵没有关系。虽然很多人在家上班,开视频会议或者玩游戏,这主要是通过WiFi上固网,有线业务量增加不少,但移动部分的业务量反而有所下降。当然,在家上班和网上上课,会造成很多人同时上网,网络业务量增加很多,尤其是视频,对通信服务商是一大挑战。通常我们的网络设计容量比平常高峰业务量(晚上7,8点)要高出不少(百分之几十)。但一旦突发业务量增加很多,超过网络设计容量,必定会造成网络堵塞甚至瘫痪。

英国的几大移动运营商目前主要是用4G,3G也在用。在英国,很多固网终端接入设备仍然使用传统的技术,容量不大,对传输高清视频是一大挑战。如果直接釆用5G移动通信,能解决这个问题。直接釆用5G还可以分流,让一部分固网业务只需要在移动网络中流动,减轻固网的负担。

2,5G应用要全面落地,起码还得再等5年

《科学大师》:这次中国疫情防控中,5G技术据说有着不错的发挥,您有关注么?

王江舟:我本人一直在做5G方面的研究,5G具有高带宽、低时延、大容量的特点,在疫情防控中确实有很多新的应用场景,比如说5G高清视频方面,5G+远程会诊、远程查房、5G+无人机,还有远程医疗。比如说现在很多学校都不开学了,都是通过远程教育。很多的雇员在家里上班,有远程办公。这也就使5G技术的优势显现出来了。

作为新一代通信技术的核心驱动,5G太重要了。它在各个垂直行业会有很多的应用,也会培育出很多新的经济增长点。比如说以后的5G能够满足自动驾驶、智慧农业、智慧城市、无人机、机器人等应用,它不是一个普普通通的通信技术,而会变成基础设施。所以我也同意这样一种看法:以前大家觉得5G技术虽然好,但不知道它应用场景和潜力在哪里。这次疫情发生之后,很可能会进一步促进和推动它在中国的落地,大家也能够发现它的很多可应用的空间。

《科学大师》:5G的概念虽然很火,但在国内看起来还是处于一个非常初期的阶段,在英国或者说在欧洲等地区,也差不多是处在同一阶段吧,并没有普遍应用?

王江舟:国外现在也是处于初期阶段,我们参加了多个研究项目,有欧盟的项目,也有英国的项目,我认为相关的应用可能还要等几年。拿每一代移动通信技术从发展到成熟需要10年时间来看,大致都有这么一个阶段,技术刚开始不是很成熟,只能够解决一些初步的应用。慢慢提升到后面,就会满足更多的应用,因为后期网络速度更高了。

5G技术也是,可能前5年的应用场景会少一些,随着技术慢慢完善、网络速度提升、容量增加,到后5年,应用场景会更多一些,也就是说很多的应用场景可能要到后5年才会有。

《科学大师》:5G技术要应用普及,面临的挑战是什么?

王江舟:5G面临的具体挑战还是很多的,第一个就是大规模天线规格的局限性,5G基站要采用大规模的天线阵,不是像现在几个,是需要几十个甚至几百个天线,能够快速准确地捕捉多个终端用户的信号,还要考虑如何降低基站接收终端反馈信号的功耗、能耗问题。大规模天线的信号波束形成后,要把像激光那样很窄的波束传出去,现在的算法还比较复杂。当天线数成倍增长的时候,信号处理上的完成需要很长的时间,时延增加,就会导致很多业务不能进行,因为5G很多的应用场景都是低时延的场景。怎么简化复杂的算法,怎么进行资源调度,怎么优化网络,都是需要解决的问题。

第二个问题就是大区域覆盖问题,在人口很密集的地方,5G难以做到密集覆盖,就会产生很多的问题。有些地方建5G的基站,覆盖的面比较宽,网络的延迟就会比较大。传输时间长了,应用上就会产生问题。

还有一个,在很多地方4G跟5G的网络是混用的,夹在一块,就会产生两个系统的转换问题。另外,各个大区和小区之间的多信号相互干扰、城市光纤网络的统一性差造成延迟、低频段微波和高频率毫米波的频率如何共存,这都是后面要解决的问题。

3,智能化是信息化发展的最终目标

《科学大师》:您的一个主张是说人工智能应用可以和移动通信融合起来发展,人工智能对5G的发展有什么样的帮助,怎么融合?

王江舟:很重要的问题就是要优化我们的移动通信网络,原来我们采用的都是传统的思路和优化方法,随着移动通信的快速发展,用户数越来越多,基站的天线数越来越多,移动网络越来越复杂,传统的方法就没办法优化这个网络。

人工智能是一个很重要的方法。就像谷歌的阿尔法狗下围棋,采用人工智能的办法,它的数据库里有几千万个棋谱,根据这个数据来训练、挖掘,寻找最佳的下法,所以机器下围棋不会犯错,人难以下过机器。

5G+人工智能有很大的应用空间,比方说天线阵的信道信息提取,与用户数和天线数呈指数增长,非常复杂。我们可以采用人工智能的办法,从先验知识中通过机器学习来训练,简化天线阵的信道信息提取。

网络优化方面,也可以利用用户的移动图形信息。打个最简单的比方,不同的基站覆盖的地区和人流会不一样,有的地区白天用户数多,晚上少,而有的地区相反,基站就可以根据这些预先知道的信息来优化网络。人工智能技术的目的,一方面能将网络优化得很好,提高性能,另一方面,就让整个的方法简单化了。

人工智能和5G融合的研究,我们在这方面也在做,这是比较新的探索。我的一个看法是,人工智能可能5G能够用一点,但是到以后的6G就非常非常重要,就能广泛应用。

(王江舟与著名信息学家、美国国家科学院、工程院院士珀尔(H. Vincent Poor)教授,2015年)

《科学大师》:可以理解为智能化是移动通信的一大趋势吗,信息化和智能化并不是一回事情?

王江舟:以前我们讲信息社会,信息化实际上就是一个数字化,就是传统业务中的流程或数据通过计算机信息系统来处理,来提高工作效率。而智能化是一大步的跃升,不仅仅是用它来处理流程提高效率,还要让它变得很聪明,像人一样具有感知的功能、思维和判断的功能,还有学习和执行的功能,让它能做决策。所以我觉得智能化是信息化最终的一个目标,也是发展的必然趋势。而人工智能就是一个典型的由信息化到智能化转变的主要途径,让机器能够完成一些通常需要人类智慧才能完成的复杂技术和任务。

《科学大师》:现在5G还没有普遍应用,一个现象是大家就已经在做6G的研究,包括您本人在内,为什么这么超前?

王江舟:5G对很多应用只是一个初步,有一些应用可能5G也做不了。因为有些应用,比如说虚拟现实、增强现实,它需要很大的带宽、很高的速度,可能5G都不能满足这么大的容量。但是这个应用前景我们已经看到了,可能需要6G来做。所以我觉得6G是很重要的,中国现在5G是领跑,但是这个领跑也就是这么几年时间,6G也应该赶快研究。

6G也是我们移动通信从信息化走向智能化的一个很重要的阶段。到6G时代,整个网络就会走向智能化,有很多更高阶的应用出现,比如说我们的频段,现在5G发展(10年周期)的前面5年可能就是采用微波,到后面5年可能采用毫米波,到6G可能要走到太赫兹,频段还要高至少10倍,可能还要采用可见光通信。6G的速度可能比5G要高10倍到100倍。所以现在着手6G的研究,很重要,早一点打下基础,开发一些知识产权,对后期的发展会非常有利。

4,中国5G领先,美国底子也很厚

《科学大师》:站在国际层面来看,中国在5G技术上的表现怎么样?业界的一个说法是我们处在领跑地位?

王江舟:亚洲的中、日、韩三个国家,提供5G商用服务都是很早的,都在积极推动,我觉得三国同属于第一梯队,欧洲跟美国,稍微晚了那么一点点。这是一个方面。

更主要的领跑核心是在标准化上面。现在全球就一个标准,谁唱主角、谁牵头,很重要。中国在5G国际标准化制定工作中起到非常重要的作用。在国际通信行业标准化组织3GPP中,国内很多企业都在参与,像中国移动、联通、电信、华为、中兴,OPPO等。在大的标准里面,还有很多子标准。每家企业都可以在子标准中提出技术方案,中国的企业对国际化的标准制定起到非常重要的推动作用,因为全球的标准只有一个,你能不能主导就很重要了。现在的5G国际标准中,就有很多来自中国的提案。

如果你提出的方案得到通过,变成正式的全球标准的一部分,你就有了技术优势,因为你有了相应的专利,你就能领先和主导。通俗来讲就是这样。

《科学大师》:为什么强大如美国,在这方面反而落后了呢?

王江舟:美国在5G方面推动的确慢了一点,政府投入比较少,也没有什么设备商,两大服务商比如说AT&T、Verizon,也不像中国移动那么积极进取,比较被动。最积极的可能就是一个高通公司。像苹果手机作为终端商,他们就是把手机做得很好,但是对于网络技术、无线传输技术,参与得比较少。所以他们不在第一梯队,这跟整个国家的大环境可能有一定关系,他们原来在国家层面就重视不够。

(王江舟与美国高通公司时任总裁Jacobs博士,2015年)

当他们发现这个问题,也在发力,现在美国本土有一种玩笑式的说法,说他们5G不搞了,直接就跳到6G去了。

当然,美国整体的实力还是很强的,底子还是很厚的。涉及到5G技术,很重要的一点就是要用到方方面面的芯片,在这上面,中国跟世界一流水平相比还有很大的差距。

因为最后我们要做5G的设备,比如核心网络的管理系统,需要计算芯片,也需要存储芯片,基站设备需要专用的管理控制芯片,手机也需要计算芯片、感应芯片。目前来讲,绝大部分芯片基本上是美国企业垄断的,他们在称霸世界。也就是说,我们中国在5G手机、通信系统设备方面的研发能力都很强,但是最基础和最基本的芯片技术,还是握在美国手中,国内还需要加把劲。

《科学大师》:美国实际上也是希望在5G上能够获得优势?

王江舟:当然了,前一阵子他们不是给英国政府施加压力,要求不要用华为的技术嘛。英国首相就向美国政府提出一个问题,说你要求我不用华为,那你能不能告诉我,谁是最好的替代商,谁能够把华为替代掉?美国没有告诉英国答案。英国方面就说,既然你不能告诉我谁能替代华为,那你也不能怪我。所以美国也是很无奈的。

我不知道美国在5G上怎么能实现赶超,因为5G现在的全球标准就一个,不可能再改,美国也不可能自己另搞一个标准。在这个前提下,想要赶超,好像实现的可能性比较小。

《科学大师》:可能大家也关心,在移动通信这个赛道上,现在5G、后面的6G和7G,哪个国家可能会一直占有先机,保持老大的地位?

王江舟:我觉得中国会领先一段时间,还有亚洲的其他一些国家也做得不错。关键的因素还是因为中国企业有很多的被批准的标准提案。现在中国在5G标准里面被批准的标准提案总数是全球第一,而中国移动又是拥有被批准的标准提案最多的一家企业。中国整个科研水平已经相当不错,跟国家整体的强盛是有关系的,技术创新,参与企业多,所以人多马壮。

5,在华为的问题上,英国政府也受到很大的压力

《科学大师》:英国通信市场和华为的关系怎么样?

华为好像在英国占有的市场份额很大。

王江舟:华为在英国占的市场份额是第一,英国的几大运营商中,都在用华为的技术跟产品,尤其是Vodafone(沃达丰),他们最大的设备提供商就是华为,华为给他们提供很多的移动设备。在4G移动通信中,华为在英国已经占有很大的份额,包括了设备和核心网。

因为华为的产品跟其他设备商比,价钱便宜,性能又比较好,服务又好,所以获得英国的运营商青睐。相对其他的国家,英国比较温和,他们更注重哪个产品好不好,是不是物美价廉。

在当前的国际政经环境下,英国企业还是喜欢华为,我们跟几家运营商都有打交道和合作,能够感受到这一点。他们公开讲过,华为能从端对端提供服务,能提供完整的一个解决方案。

当然,现在英国也是迫于某些方面的压力,比如说5G核心网,英国政府已经决定不能用华为。但是其他的部分,比如说射频部分、天线部分,不涉及到核心网,只涉及到无线通信这部分,可以继续采用华为的设备,所以我觉得华为在英国还是有很大的发展空间。

《科学大师》:我们普通公众可能不了解,您提到的这个核心网和无线通信部分,有什么样的差异?

王江舟:电信网络是这样,有核心网络部分,有无线传输部分。涉及到所有的数据,都要到核心网里处理,这就像人的脑袋一样,因为人的身体除了脑袋,还有手、脚四肢。无线传输部分,只是涉及到传输,属于四肢,不涉及到脑袋。

基本上说,英国迫于压力,脑袋这部分要用别的公司的产品,其他的四肢部分,可以继续用华为。核心网这一块,英国能用的是其他几个欧洲的设备商,比如说诺基亚、爱立信,因为在技术上现在大家都是用统一的一个标准,都差不多,所以基本上这些设备都是兼容的。

《科学大师》:您怎么看华为在英国本土后续的发展形势?

王江舟:我觉得这个(被排挤的)可能性比较小,就是一些政客迫于压力,可能会考虑某些方面的因素,比如希望华为市场份额越小越好,最好变成没有。因为英国业界很多都喜欢华为,他们没办法排挤。

现在既使英国讲了核心网部分不用华为,非核心网继续用华为,美国还是感到不满意。美国的意思是说你一点都不能用。英国政府觉得这没道理。现在我知道的是,在英国通信的核心网部分和非核心网部分,两边的业务收入差不多是一半一半,所以既使只考虑非核心网部分,华为的发展空间还是很大的。再过几年,目前的气侯过去了,说不定核心网部分也可以考虑。

6,合作比不合作要好

《科学大师》:国际形势的变化,华人科学家群体的处境也很受关注,您早在上世纪80年代就出国了,对这个问题应该有切身感受吧?

王江舟:我在欧洲、美国都待了很多年,我在英国生活到现在已经快15年了。应该讲,入乡随俗,融入没有什么困难。目前的情况,我相信是暂时的,慢慢会好起来。在学术界和工业界,我认识不少美国朋友,大家还是希望多交流,他们自己有亲身体会,合作比不合作要好。尤其是我们做5G研究,属于工程类的项目,更需要团队合作,不能单干。而我们华人科学家在英国社会里,还是蛮受欢迎的。至少从我们大学来讲,华人勤奋工作,不爱惹事,也不爱抱怨,工作做得又好,当然人家会欣赏你。

《科学大师》:那您入选英国皇家工程院的院士,进入主流工程学界,这个过程顺利么?

王江舟:英国皇家工程院的华人院士不太多,入选是有难度。我本人有幸第一次就被选上了。很荣幸我的工作得到认可。从我经历而言,应该说英国有很好的学术包容性、公正性。我所在研究环境和团队也给与了极大支持。

7, 要集中精力搞原始创新,不要拼论文数量

《科学大师》:英国这边的院士评选看重候选人的论文多一点,还是更看重科研含金量多一点?

王江舟:我现在是英国皇家工程院院士筛选委员会委员。英国皇家工程院很看重院士候选人在工程专业领域的影响,就是看你的研究和发明,在工程方面产生了多大的影响,是否被广泛采用,甚至是否被全球性采用。他们很看重这种实际的、真正的应用价值。论文当然也会看一下,但绝对不会说,谁发表的论文多就评谁当院士,不是这样。

科学大师:中国在这次疫情期间也要求科学家们把论文写在祖国大地上,并出台政策,不再把论文发表数量作为科研人员职称晋升的指标,应该讲这与国外的做法有所接近吧?

王江舟:这样做肯定是对的。在英国,对科研人员的评价是综合的,更关注论文的质量而不是数量,尤其是工程学科,你需要能解决实际的工程问题,你的研究发明要能应用,这比写多少论文都更具实际影响力。

中国唯论文的现象,早期可能是因为科技比较落后,把论文看得重一点,也没错。但是走到当前阶段,各个方面发展很快,就不能还像以前那样评价科研工作。我们要更强调原始创新,要让科研人员把精力更多花在真正的研究上,而不是为了去拼论文数量。这对国家科技的长远发展非常重要。

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