壮志报国的中国5G核心技术科学家

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  说起申怡飞,在当今世界5G研究领域可谓大名鼎鼎,各国电信巨头做梦都想把他“挖”走。他15岁考上东南大学少年班,19岁获得全球最顶级的论文奖,21岁读博士。他带领团队研究出的5G技术中最重要的Polar Code极化码方案,被写入世界5G行业标准,使中国成了真正意义上通信基础规则的制定者。同时,他发明的3项专利对欧美企业筑起严格的技术壁垒,间接促使中国的5G计划提前1年落地。2019年,随着中国5G元年开启,他更加引人注目。这位“科技大牛”是如何走出“开挂人生”的?背后隐藏着鲜为人知的少年英雄壮志报国的故事……
  天才少年,也曾考试不及格
  申怡飞1997年出生于河北省邯郸市,父母都是知识分子。受家庭文化氛围的熏陶,他从小就颇具钟灵毓秀的书生气息:4岁学心算,5岁上小学,5年级时参加华罗庚金杯数学竞赛获得二等奖,从初中到高中只上了4年,老师便无法再教他。
  更让亲朋好友吃惊的是,2012年读高二时,申怡飞就被中国著名的理工科大学东南大学录取。凭借超强的逻辑思维能力和动手实验能力,他就直接被送进吴健雄学院学习。该学院采用前期大类基础集中、培养后期专业分流的“2+2”培养模式,定向输出顶级科学家的少年班。他在中国科技教育界的名气,丝毫不亚于中科大鼎鼎有名的严济慈物理英才班。
  当时的申怡飞很自负,他以为自己不到15岁的年龄就如此“牛”,视线内很难再遇到敌手。然而,这位天才少年很快就遭遇惨败,大二期中考试时,当惯了“学霸”的申怡飞竟然2门考试不及格。惊愕之余,他才真正明白什么叫“人外有人”。其实能进入这里学习的学生,都是经过一轮又一轮惨烈厮杀才留下来的精英中的精英。
  了解到申怡飞的情况,院团委书记纪静特意找他聊天。还没开口,申怡飞就失落地问:“老师,您是不是想找我谈考试挂科的事?”纪静莞尔一笑说:“如果今天的谈话中我跟你聊到了成绩,就请你吃饭。其实我只想问一个问题,你有没有想过,自己想成为一个怎样的人?”
  蓦然间,申怡飞猛地想起了父亲给他讲的,岳母在岳飞背上刺字“精忠报国”的故事。妈妈也经常教育他,要做一个立志报国、对国家和民族都有用的人,那就是做一名科学家!申怡飞决定痛改前非。
  当他以崭新的姿态重新出现时,整个学院都为之一震!大三那年,他19门专业课程全部在90分以上,其中有8门取得满分,一跃成为吴健雄学院自2004年成立以来,唯一获得年级第一名的少年生,并荣获团中央2015年度“中国大学生自强之星”。
  2015年9月,18歲的申怡飞又以年级第一名的成绩,被保送至信息科学与工程学院就读研究生。他介绍说,“该学院有两大类学科,电子科学与技术、信息与通信工程。这两个学科都终归属于ICT产业。在中美竞争的7个产业里,ICT产业是最重要的产业,它是当代工业的底层技术,如果能在这个产业取得决定性突破,就能够使中国赶超美国。”
  拜尤肖虎教授为师,主攻5G技术中最重要的极化码
  既然立志报国,那就去最前沿最需要技术攻关的领域去。于是,申怡飞抱着这份理想,直接拜入有“中国4G技术掌门人”之称的尤肖虎教授门下。
  第一天老师没有讲课,却讲了我国ICT产业的历史,1G技术是空白;2G技术全面落后于人、受制于人,以至于出厂价不到千元的“砖头机”,出口到中国时竟卖出上万甚至几万元的高价;3G时代中国自主研发了TD-SCDMA技术,有了一定突破,仍然没法和高通的CDMA技术相提并论;4G时代,我们的通信技术虽然可以与美国并跑,但其中的核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码仍旧不是中国原创。
  那一天,申怡飞不顾科研工作的巨大压力,毅然加入到移动通信国家重点实验室,主攻5G技术中最重要的极化码(Polar Codes)技术。
  申怡飞解释说:“极化码是一种新型编码方式,具有可实用的线性复杂度编译码能力的信道编码技术,是编码界的新星。第一次接触前沿的科研,开始极化码相关课题研究时,可谓举步维艰。由于它是近几年才提出来的崭新理论,所以能够搜到的外文文献很少,面对大量理论和数学推导,申怡飞从没想过放弃。
  在初期平台的搭建阶段,由于数据量很大,运行一个程序往往需要好几天。申怡飞就整天带着自己的笔记本电脑,小心翼翼地捧着它,生怕不小心碰到键盘或者合上电脑盖。有一天晚上,他梦见自己不小心关掉电脑,一下子从睡梦中惊醒。醒来后,申怡飞发现是在做梦,赶紧跑到电脑前,确认程序仍在正常运行才放心。就这样,在经历整整一学期的研究后,他的高效极化码平台,从初始版本的速度1,突飞猛进至12。
  大四下学期,申怡飞入驻无线谷,有了自己的办公桌,开始泡在实验室里全身心地投入到平台优化中。每天坐最早的班车来,坐最晚的末班车回学校。为了不耽搁研究进度,申怡飞干脆就把研究室当成宿舍,有时候甚至几张椅子一拼,就睡在实验室里。和他一起搞研究的同学,有好几次刚上班时发现他都趴在桌子上睡着了。
  申怡飞的努力终于有了回报,一开始一组数据需要2分钟才能计算完,到最后,一秒钟就能够解出20万组数据,成为当时全球最快的课题组速度。
  2016年,19岁的申怡飞在经过国际会议(IEEE DSPIEEE)评审委员会的严格评选后,成功获得全球最顶级的,也是2016年度唯一的最佳学生论文奖。IEEE DSPIEEE全称是电气与电子工程师协会,是目前全球最大的非营利性专业技术学会,会员人数超过40万人,遍布160多个国家。它发展至今已举办22届,是数字信号处理技术及应用领域规模最大、影响最深的国际会议。能够在这个世界最顶级学术机构里获此奖项,申怡飞的研究成果可想而知。
  尤肖虎教授解释说:“要知道,通信中最大最需要解决的问题之一就是时延问题。而在5G的很多未来应用场景中,比如无人驾驶、工业自动化控制都对通信的时延提出了很高的要求。极化码对比高通力推的LDPC码的最大优势,就是超低的通信时延,这也是申怡飞团队研究成果的价值所在。”   2016年11月17日,关于5G标准制定的3GPP RAN1 第87次会议在美国举行。5G短码方案讨论的结果是:中国华为公司主推的Polar Code(极化码)方案,以压倒性的投票优势,成为5G控制信道eMBB(增強移动宽带)场景编码最终方案。此举引起全世界通信专家的关注。
  申怡飞说:“编码和调制是无线通信技术中最核心最深奥的部分,被誉为通信技术的皇冠,体现着一个国家通信科学基础理论的整体实力——这也是华为主推的极化码入选5G标准为什么会引发业界内外舆论广泛关注的原因。”
  Polar Codes极化码,成为世界5G行业标准
  2017年5月,申怡飞担任江苏发展大会志愿者,负责姚建铨院士的接待工作。姚建铨院士是我国著名的激光与非线性光学专家,对中国激光事业作出了极大贡献。一天早上六时半,申怡飞去接姚院士,本想让年近80岁的他多休息一会,就晚点按了门铃。没想到姚院士出来就说“我4点钟起来,刚刚做了一份学术 PPT。”
  令申怡飞有点惊讶的是,这位著名科学家还是一个很健谈的人,参会那两天,他只要有空就跟申怡飞聊天,聊自己上小学、大学的故事,聊他的科研故事。其实,申怡飞正纠结于读博方向,姚院士的精神以及对他的教导,坚定了申怡飞在电子信息领域钻研下去的想法。
  2018年,中兴通信因发展势头迅猛遭遇美国全面制裁,公司几乎陷入瘫痪状态,这件事对申怡飞“刺激”很大。后来在中美不断谈判下,美方对中兴的7年禁令虽然暂时解除,但这一事件却暴露了中国在芯片产业上的被动局面。在义愤填膺的同时,这也更加坚定了他在电子信息领域钻研下去、最终用技术“打败外寇”的决心。
  申怡飞说,其实,早在几年前的一次研讨课中,他就从老师张川的口中获知了中国芯片产业的落伍:从学术上看,全球最顶尖的集成电路会议ISSCC每年在全球收录近300篇文章,但是以中国大陆为单位发表的文章仅占1%;在产业上看,我国在大部分领域的国产芯片占有率很低。
  “在这样极度受制于人的情况下,青年人,尤其是青年科技工作者应该主动站出来,做行业的开拓者,以制造中国芯为己任!”这话说起来容易做起来却很难。申怡飞深知,制造一颗芯片,不仅需要海量资金的支持,十几个工艺环环相扣,更需要漫长的科研攻关期。
  申怡飞说:“每一代青年都有不同的历史际遇,发展中国电子信息产业,实现中国芯片自主知识产权,就是我的历史际遇。”
  如今,申怡飞团队研究出的极化码已取得胜利,被写入5G行业标准,各大外国通信设备生产商在5G的通信设备中,都会采用“华为标准”,中国成了真正意义上通信基础规则的“制定者”。作为中国5G核心技术科学家,申怡飞功不可没。
  2019年秋,随着工业和信息化部正式发放5G商用牌照,中国5G元年已经开启。11月,中国国际信息通信展览会在北京举办,数万名信息通信领域专业人士和行业精英,亲自见证了中国各类最新5G终端、应用、融合产品以及网络解决方案。最终他们不得不承认,中国5G技术已经成为全球领跑者。
  时下,申怡飞是东南大学信息科学与工程学院博士生,在移动通信国家重点实验室继续从事技术研究。目前,该团队正致力于让极化码更快、更广地服务于通信网络中。他说:“ 5G的时代将是万物互联的时代,5G技术会将每一个智能设备连接起来,构建智能社会,更会将每一个青年连接起来,缔造科技强国。”
  如今,申怡飞关于极化码编码技术及其硬件实现研究,已经发表了两篇国际会议论文、一篇SCI论文,他的工作平台已经从版本1升级到了版本16。同时,他发明的3项专利对欧美企业筑起严格的技术壁垒,间接促使中国的5G计划提前1年落地。
  申怡飞这位22岁“科技大神”,决心用中国“芯”打造中国速度,使我国的移动通信事业走在世界的前列!
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