王東：5G時代中國要做領跑者

杜月嬌

當下，移動通信已經深刻地改變了人們的生活， 特別是第四代移動通信技術，徹底改變了人們的數字移動生活。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網業務的發展，讓人們對于5G充滿了期待和渴望。

5G時代，“速度”是個關鍵詞

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……占據了他的時間。“我們正在和時間賽跑！”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，‘速度可是個關鍵詞！”

所謂5G，官方名稱為移動通信系統IMT-2020，是指面向2020年移動通信發展的新一代移動通信系統，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比4G系統提高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絡的基礎設施，而且還是未來數字世界的驅動力，是當前技術的持續演進和革命性技術的創新。面對全球5G發展的浪潮，我國在國家層面也及時啟動了5G研發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研究開發一期”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的研究和產業化，并且戰略已經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在科研第一線的隊伍。

可重構計算——攻克5G移動通信的核心技術難關

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，業內專家普遍認為，5G需要更高效的技術，需要更高的頻譜效率，更低的功耗，更智能的網絡。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，學術界已有大量研究對5G關鍵技術進行了分析和預測，大規模MIMO技術是保證5G通信實現最為核心的技術。由于使用了大規模天線陣列進行復雜時空信號處理和傳輸，大規模MIMO通信對硬件系統的計算能力提出了苛刻的要求。從計算角度分析，實現大規模MIMO實時信號處理的關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陣列實現了大規模MIMO通信的原型計算系統，但這些系統在成本、功耗方面都遠無法達到實際應用要求。

王東從2008年就開始從事高性能算數運算電路設計方面的研究工作，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字信號處理應用的高性能復數算數運算單元設計與實現的基礎研究工作。王東和他的研究團隊已經攻克了高性能復數算數運算單元設計問題，探索研究了5G基帶數字信號處理的粗粒度可重構計算方法，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計算技術領域積累了一定的理論基礎和大量的技術經驗。

目前學術界普遍認為，粗粒度可重構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。鑒于此，王東和他的團隊計劃采用粗粒度可重構計算技術，探索研究可滿足5G大規模MIMO通信計算需求的新型硬件架構和相關核心技術。

王東的研究結合了可重構計算理論和軟件無線電思想，以實現高性能、低功耗的大規模MIMO數字信號處理為目標，提出了一套綜合性的算法計算模型分析模型、實現和硬件架構設計空間探索方法，不僅適用于大規模MIMO信號處理加速，還可以用來實現其它5G通信基帶數字信號處理算法；同時，對可重構計算陣列進行了面向復數和大型矩陣運算的優化，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行效率。該架構還將可重構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切換帶來的控制和數據傳輸代價。該創新性工作是在現有技術基礎上結合相關領域的最新思想擴展而來，屬于跟蹤性創新。

從王東的研究計劃表上可以看到，他的研究日程已經安排到了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大規模MIMO信號處理的粗粒度可重構計算核心技術，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鍵技術，具有很強的學術價值和應用意義，特別是對我國無線通信設備、核心芯片制造等優勢產業的未來發展具有深遠的意義。

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。

從大學畢業走到今天，王東的科研經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字媒體相關的專用集成電路及CPU相關的設計。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構。這段深造經歷給王東帶來的收獲非常之大，之前在國內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構兩個研究方向有機地融合在一起，為日后可重構計算方法的研究打下了堅實的基礎。

如今，在北京交通大學計算機與信息技術學院任職的王東，又擔任起了物聯網工程專業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業的相互促進，能夠早日實現“產學研用”的一條龍，能夠用之于國，服務于民。

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，已經準備好了。