王江舟院士談5G:中國的設備領先,美國在芯片稱霸
採寫|章劍鋒
出品|本站科技《科學大師》欄目
“重大事件往往催生技術的創新和突破。爲了確保我們國家5G發展在全球的領先優勢,我們要堅持既定的目標去發展5G、建設5G。”
新冠肺炎疫情發生初期,王江舟院士有一個擔心,就是5G發展速度會不會因爲疫情而受到影響。
遠程醫療、遠程教育和辦公、紅外熱成像測溫、5G+雲直播、5G網聯無人機、自動化工廠等,在疫情期間,一系列的5G應用場景出現(通信世界網),使一直以來還沒有實現應用落地的5G技術忽然間放出異彩,讓人不得不對其所具備的發展潛力刮目相看。
從國家層面來看,3月初幾次會議均提出要加快發展5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度,而各地政府也紛紛推出政策,公佈2020年5G發展目標(中國經濟時報),“新基建”一詞火了。
對於5G發展受阻的擔憂似乎沒有必要。注意到這個形勢的王江舟轉而相信,疫情非但不大可能打亂髮展,反而能夠推動5G落地。
王江舟是一位國際頂尖的通信工程專家,現在英國肯特大學擔任終身教授(諾貝爾文學獎得主石黑一雄、《指環王》中的“精靈王子”奧蘭多.布魯姆、知名的中國女外交官傅瑩等人都是這所學校的校友)。2017年,王江舟當選爲美國電氣與電子工程師學會會士(IEEE Fellow),2018年,當選爲英國皇家工程院院士。
英國皇家工程院是英國工程學界最高科研機構,它由王室頒佈皇家特許狀而成立。院士中包含了各個領域最傑出的工程科技專家。王江舟介紹說,之所以要冠上“皇家”二字,不光是因爲代表了這是英國最重要的科研機構之一,且王室裡的重量級人物,如女王的丈夫菲利普親王或者兒子查爾斯王子,有時也會出席工程院的重要活動,體現出國家的重視。
(時任英國皇家工程院院長Dowling院士向王江舟頒授新當選院士狀,2018年)
王江舟從事通信研究三十多年。英國皇家工程院的官網中介紹,他在從2G到5G的幾代移動通信工程技術發展中,做出了傑出的貢獻。他的開創性研究——在無線移動通信中的信號檢測和多址技術的發明和創新,在全球通信行業中被廣泛採用。
如今,王江舟和他的團隊已經開始6G的研究工作,他們與國內的政府部門及科研機構也保持着密切的合作關係。
因爲新冠肺炎疫情發生,王江舟原本計劃春節後回中國交流訪問的行程安排被打斷了。本次接受本站科技《科學大師》記者獨家專訪時,他人正在英國。那裡是王江舟的長期工作和定居地。
王江舟的老家,是湖北省黃岡市的黃梅縣,黃岡緊鄰武漢,這個市在中國新冠疫情期間,累計確診病例數爲2907例,以數字來看,在全國排序第三位,和武漢市(50005例)中間只隔着一個孝感市(3518例)。
王江舟的母親和其他親人都在國內生活,據他說,這次疫情期間在國內的家人都安然無恙,黃梅本地親屬的狀況也安好。
在中國疫情趨向緩和的同時,新冠病毒卻在全球大面積傳播,歐洲也是受到疫情困擾的地區之一。王江舟所在的英國,確診病例數不斷增加,不過王江舟的語氣一派輕鬆,並沒有表現得焦慮。
“還不算嚴重,不像其他的歐洲國家,像意大利、西班牙、德國、法國都很厲害了,英國跟他們比還算少的。”
中國輿論很是操心英國,一度爲他們提出的“羣體免疫”說法而感到不可思議,以爲疫情中的英國情形該當是多麼十萬火急,但王江舟告訴《科學大師》記者,實際情況並不是這樣,周邊英國人表現相對平靜,政府沒有下令封城。
“在我們這裡很少見到有人戴口罩”。王江舟說,這方面的新聞成了同事間主要的聊天話題,不過,“大家沒有想要戴口罩來預防。”
儘管應對心態和機制在不同國家表現有所不同,但無人能否認,新冠肺炎當前已經是全球性的健康挑戰。因而我們的採訪也難免涉及當前這一次突發公共衛生事件。而在本職專業方面,王江舟也和我們分享了在這一次疫情中派上了大用場的5G通信的發展形勢和問題,包括通信巨頭華爲所面臨的外部挑戰。
以下爲專訪內容:
1,5G網絡可以應對疫情帶來的流量壓力
《科學大師》:自從鮑里斯首相呼籲民衆在家辦公後,英國境內通信網絡發生故障,陷入癱瘓狀態,歐洲網絡據說也面臨類似壓力,這是疫情帶來的空前的一種壓力麼?可以更好地應對這種突發狀況麼?
王江舟:幾天前,我聽說過英國有些用戶手機打不通電話,但問題很快解決了,可能是連接幾個不同移動網絡的設備出現故障,這應該是偶發事故,與網絡擁堵沒有關係。雖然很多人在家上班,開視頻會議或者玩遊戲,這主要是通過WiFi上固網,有線業務量增加不少,但移動部分的業務量反而有所下降。當然,在家上班和網上上課,會造成很多人同時上網,網絡業務量增加很多,尤其是視頻,對通信服務商是一大挑戰。通常我們的網絡設計容量比平常高峰業務量(晚上7,8點)要高出不少(百分之幾十)。但一旦突發業務量增加很多,超過網絡設計容量,必定會造成網絡堵塞甚至癱瘓。
英國的幾大移動運營商目前主要是用4G,3G也在用。在英國,很多固網終端接入設備仍然使用傳統的技術,容量不大,對傳輸高清視頻是一大挑戰。如果直接釆用5G移動通信,能解決這個問題。直接釆用5G還可以分流,讓一部分固網業務只需要在移動網絡中流動,減輕固網的負擔。
2,5G應用要全面落地,起碼還得再等5年
《科學大師》:這次中國疫情防控中,5G技術據說有着不錯的發揮,您有關注麼?
王江舟:我本人一直在做5G方面的研究,5G具有高帶寬、低時延、大容量的特點,在疫情防控中確實有很多新的應用場景,比如說5G高清視頻方面,5G+遠程會診、遠程查房、5G+無人機,還有遠程醫療。比如說現在很多學校都不開學了,都是通過遠程教育。很多的僱員在家裡上班,有遠程辦公。這也就使5G技術的優勢顯現出來了。
作爲新一代通信技術的核心驅動,5G太重要了。它在各個垂直行業會有很多的應用,也會培育出很多新的經濟增長點。比如說以後的5G能夠滿足自動駕駛、智慧農業、智慧城市、無人機、機器人等應用,它不是一個普普通通的通信技術,而會變成基礎設施。所以我也同意這樣一種看法:以前大家覺得5G技術雖然好,但不知道它應用場景和潛力在哪裡。這次疫情發生之後,很可能會進一步促進和推動它在中國的落地,大家也能夠發現它的很多可應用的空間。
《科學大師》:5G的概念雖然很火,但在國內看起來還是處於一個非常初期的階段,在英國或者說在歐洲等地區,也差不多是處在同一階段吧,並沒有普遍應用?
王江舟:國外現在也是處於初期階段,我們參加了多個研究項目,有歐盟的項目,也有英國的項目,我認爲相關的應用可能還要等幾年。拿每一代移動通信技術從發展到成熟需要10年時間來看,大致都有這麼一個階段,技術剛開始不是很成熟,只能夠解決一些初步的應用。慢慢提升到後面,就會滿足更多的應用,因爲後期網絡速度更高了。
5G技術也是,可能前5年的應用場景會少一些,隨着技術慢慢完善、網絡速度提升、容量增加,到後5年,應用場景會更多一些,也就是說很多的應用場景可能要到後5年纔會有。
《科學大師》:5G技術要應用普及,面臨的挑戰是什麼?
王江舟:5G面臨的具體挑戰還是很多的,第一個就是大規模天線規格的侷限性,5G基站要採用大規模的天線陣,不是像現在幾個,是需要幾十個甚至幾百個天線,能夠快速準確地捕捉多個終端用戶的信號,還要考慮如何降低基站接收終端反饋信號的功耗、能耗問題。大規模天線的信號波束形成後,要把像激光那樣很窄的波束傳出去,現在的算法還比較複雜。當天線數成倍增長的時候,信號處理上的完成需要很長的時間,時延增加,就會導致很多業務不能進行,因爲5G很多的應用場景都是低時延的場景。怎麼簡化複雜的算法,怎麼進行資源調度,怎麼優化網絡,都是需要解決的問題。
第二個問題就是大區域覆蓋問題,在人口很密集的地方,5G難以做到密集覆蓋,就會產生很多的問題。有些地方建5G的基站,覆蓋的面比較寬,網絡的延遲就會比較大。傳輸時間長了,應用上就會產生問題。
還有一個,在很多地方4G跟5G的網絡是混用的,夾在一塊,就會產生兩個系統的轉換問題。另外,各個大區和小區之間的多信號相互干擾、城市光纖網絡的統一性差造成延遲、低頻段微波和高頻率毫米波的頻率如何共存,這都是後面要解決的問題。
3,智能化是信息化發展的最終目標
《科學大師》:您的一個主張是說人工智能應用可以和移動通信融合起來發展,人工智能對5G的發展有什麼樣的幫助,怎麼融合?
王江舟:很重要的問題就是要優化我們的移動通信網絡,原來我們採用的都是傳統的思路和優化方法,隨着移動通信的快速發展,用戶數越來越多,基站的天線數越來越多,移動網絡越來越複雜,傳統的方法就沒辦法優化這個網絡。
人工智能是一個很重要的方法。就像谷歌的阿爾法狗下圍棋,採用人工智能的辦法,它的數據庫裡有幾千萬個棋譜,根據這個數據來訓練、挖掘,尋找最佳的下法,所以機器下圍棋不會犯錯,人難以下過機器。
5G+人工智能有很大的應用空間,比方說天線陣的信道信息提取,與用戶數和天線數呈指數增長,非常複雜。我們可以採用人工智能的辦法,從先驗知識中通過機器學習來訓練,簡化天線陣的信道信息提取。
網絡優化方面,也可以利用用戶的移動圖形信息。打個最簡單的比方,不同的基站覆蓋的地區和人流會不一樣,有的地區白天用戶數多,晚上少,而有的地區相反,基站就可以根據這些預先知道的信息來優化網絡。人工智能技術的目的,一方面能將網絡優化得很好,提高性能,另一方面,就讓整個的方法簡單化了。
人工智能和5G融合的研究,我們在這方面也在做,這是比較新的探索。我的一個看法是,人工智能可能5G能夠用一點,但是到以後的6G就非常非常重要,就能廣泛應用。
(王江舟與著名信息學家、美國國家科學院、工程院院士珀爾(H. Vincent Poor)教授,2015年)
《科學大師》:可以理解爲智能化是移動通信的一大趨勢嗎,信息化和智能化並不是一回事情?
王江舟:以前我們講信息社會,信息化實際上就是一個數字化,就是傳統業務中的流程或數據通過計算機信息系統來處理,來提高工作效率。而智能化是一大步的躍升,不僅僅是用它來處理流程提高效率,還要讓它變得很聰明,像人一樣具有感知的功能、思維和判斷的功能,還有學習和執行的功能,讓它能做決策。所以我覺得智能化是信息化最終的一個目標,也是發展的必然趨勢。而人工智能就是一個典型的由信息化到智能化轉變的主要途徑,讓機器能夠完成一些通常需要人類智慧才能完成的複雜技術和任務。
《科學大師》:現在5G還沒有普遍應用,一個現象是大家就已經在做6G的研究,包括您本人在內,爲什麼這麼超前?
王江舟:5G對很多應用只是一個初步,有一些應用可能5G也做不了。因爲有些應用,比如說虛擬現實、增強現實,它需要很大的帶寬、很高的速度,可能5G都不能滿足這麼大的容量。但是這個應用前景我們已經看到了,可能需要6G來做。所以我覺得6G是很重要的,中國現在5G是領跑,但是這個領跑也就是這麼幾年時間,6G也應該趕快研究。
6G也是我們移動通信從信息化走向智能化的一個很重要的階段。到6G時代,整個網絡就會走向智能化,有很多更高階的應用出現,比如說我們的頻段,現在5G發展(10年週期)的前面5年可能就是採用微波,到後面5年可能採用毫米波,到6G可能要走到太赫茲,頻段還要高至少10倍,可能還要採用可見光通信。6G的速度可能比5G要高10倍到100倍。所以現在着手6G的研究,很重要,早一點打下基礎,開發一些知識產權,對後期的發展會非常有利。
4,中國5G領先,美國底子也很厚
《科學大師》:站在國際層面來看,中國在5G技術上的表現怎麼樣?業界的一個說法是我們處在領跑地位?
王江舟:亞洲的中、日、韓三個國家,提供5G商用服務都是很早的,都在積極推動,我覺得三國同屬於第一梯隊,歐洲跟美國,稍微晚了那麼一點點。這是一個方面。
更主要的領跑核心是在標準化上面。現在全球就一個標準,誰唱主角、誰牽頭,很重要。中國在5G國際標準化制定工作中起到非常重要的作用。在國際通信行業標準化組織3GPP中,國內很多企業都在參與,像中國移動、聯通、電信、華爲、中興,OPPO等。在大的標準裡面,還有很多子標準。每家企業都可以在子標準中提出技術方案,中國的企業對國際化的標準制定起到非常重要的推動作用,因爲全球的標準只有一個,你能不能主導就很重要了。現在的5G國際標準中,就有很多來自中國的提案。
如果你提出的方案得到通過,變成正式的全球標準的一部分,你就有了技術優勢,因爲你有了相應的專利,你就能領先和主導。通俗來講就是這樣。
《科學大師》:爲什麼強大如美國,在這方面反而落後了呢?
王江舟:美國在5G方面推動的確慢了一點,政府投入比較少,也沒有什麼設備商,兩大服務商比如說AT&T、Verizon,也不像中國移動那麼積極進取,比較被動。最積極的可能就是一個高通公司。像蘋果手機作爲終端商,他們就是把手機做得很好,但是對於網絡技術、無線傳輸技術,參與得比較少。所以他們不在第一梯隊,這跟整個國家的大環境可能有一定關係,他們原來在國家層面就重視不夠。
(王江舟與美國高通公司時任總裁Jacobs博士,2015年)
當他們發現這個問題,也在發力,現在美國本土有一種玩笑式的說法,說他們5G不搞了,直接就跳到6G去了。
當然,美國整體的實力還是很強的,底子還是很厚的。涉及到5G技術,很重要的一點就是要用到方方面面的芯片,在這上面,中國跟世界一流水平相比還有很大的差距。
因爲最後我們要做5G的設備,比如核心網絡的管理系統,需要計算芯片,也需要存儲芯片,基站設備需要專用的管理控制芯片,手機也需要計算芯片、感應芯片。目前來講,絕大部分芯片基本上是美國企業壟斷的,他們在稱霸世界。也就是說,我們中國在5G手機、通信系統設備方面的研發能力都很強,但是最基礎和最基本的芯片技術,還是握在美國手中,國內還需要加把勁。
《科學大師》:美國實際上也是希望在5G上能夠獲得優勢吧,這也是特朗普任內確立的國家戰略之一,對吧?
王江舟:當然了,前一陣子他們不是給英國政府施加壓力,要求不要用華爲的技術嘛。英國首相就向美國政府提出一個問題,說你要求我不用華爲,那你能不能告訴我,誰是最好的替代商,誰能夠把華爲替代掉?美國沒有告訴英國答案。英國方面就說,既然你不能告訴我誰能替代華爲,那你也不能怪我。所以美國也是很無奈的。
我不知道美國在5G上怎麼能實現趕超,因爲5G現在的全球標準就一個,不可能再改,美國也不可能自己另搞一個標準。在這個前提下,想要趕超,好像實現的可能性比較小。
《科學大師》:可能大家也關心,在移動通信這個賽道上,現在5G、後面的6G和7G,哪個國家可能會一直佔有先機,保持老大的地位?
王江舟:我覺得中國會領先一段時間,還有亞洲的其他一些國家也做得不錯。關鍵的因素還是因爲中國企業有很多的被批准的標準提案。現在中國在5G標準裡面被批准的標準提案總數是全球第一,而中國移動又是擁有被批准的標準提案最多的一家企業。中國整個科研水平已經相當不錯,跟國家整體的強盛是有關係的,技術創新,參與企業多,所以人多馬壯。
5,在華爲的問題上,英國政府也受到很大的壓力
《科學大師》:英國通信市場和華爲的關係怎麼樣?
華爲好像在英國佔有的市場份額很大。
王江舟:華爲在英國佔的市場份額是第一,英國的幾大運營商中,都在用華爲的技術跟產品,尤其是Vodafone(沃達豐),他們最大的設備提供商就是華爲,華爲給他們提供很多的移動設備。在4G移動通信中,華爲在英國已經佔有很大的份額,包括了設備和核心網。
因爲華爲的產品跟其他設備商比,價錢便宜,性能又比較好,服務又好,所以獲得英國的運營商青睞。相對其他的國家,英國比較溫和,他們更注重哪個產品好不好,是不是物美價廉。
在當前的國際政經環境下,英國企業還是喜歡華爲,我們跟幾家運營商都有打交道和合作,能夠感受到這一點。他們公開講過,華爲能從端對端提供服務,能提供完整的一個解決方案。
當然,現在英國也是迫於某些方面的壓力,比如說5G核心網,英國政府已經決定不能用華爲。但是其他的部分,比如說射頻部分、天線部分,不涉及到核心網,只涉及到無線通信這部分,可以繼續採用華爲的設備,所以我覺得華爲在英國還是有很大的發展空間。
《科學大師》:我們普通公衆可能不瞭解,您提到的這個核心網和無線通信部分,有什麼樣的差異?
王江舟:電信網絡是這樣,有核心網絡部分,有無線傳輸部分。涉及到所有的數據,都要到核心網裡處理,這就像人的腦袋一樣,因爲人的身體除了腦袋,還有手、腳四肢。無線傳輸部分,只是涉及到傳輸,屬於四肢,不涉及到腦袋。
基本上說,英國迫於壓力,腦袋這部分要用別的公司的產品,其他的四肢部分,可以繼續用華爲。核心網這一塊,英國能用的是其他幾個歐洲的設備商,比如說諾基亞、愛立信,因爲在技術上現在大家都是用統一的一個標準,都差不多,所以基本上這些設備都是兼容的。
《科學大師》:您怎麼看華爲在英國本土後續的發展形勢?
王江舟:我覺得這個(被排擠的)可能性比較小,就是一些政客迫於壓力,可能會考慮某些方面的因素,比如希望華爲市場份額越小越好,最好變成沒有。因爲英國業界很多都喜歡華爲,他們沒辦法排擠。
現在既使英國講了核心網部分不用華爲,非核心網繼續用華爲,美國還是感到不滿意。美國的意思是說你一點都不能用。英國政府覺得這沒道理。現在我知道的是,在英國通信的核心網部分和非核心網部分,兩邊的業務收入差不多是一半一半,所以既使只考慮非核心網部分,華爲的發展空間還是很大的。再過幾年,目前的氣侯過去了,說不定核心網部分也可以考慮。
《科學大師》:英國爲什麼會受到美國的壓力?
王江舟:美國政府暗示要暫停美國跟英國的貿易談判。英國現在退出歐盟,下面一個很重要的計劃就是要跟美國談貿易協定。現在美國把這個事兒作爲一個關卡,給英國施加壓力,要求英國重新考慮對華爲的決定,但是最終怎麼樣,現在還不清楚。因爲在貿易談判方面,英國還需要求到美國,美國市場大。
6,合作比不合作要好
《科學大師》:國際形勢的變化,華人科學家羣體的處境也很受關注,您早在上世紀80年代就出國了,對這個問題應該有切身感受吧?
王江舟:我在歐洲、美國都待了很多年,我在英國生活到現在已經快15年了。應該講,入鄉隨俗,融入沒有什麼困難。目前的情況,我相信是暫時的,慢慢會好起來。在學術界和工業界,我認識不少美國朋友,大家還是希望多交流,他們自己有親身體會,合作比不合作要好。尤其是我們做5G研究,屬於工程類的項目,更需要團隊合作,不能單幹。而我們華人科學家在英國社會裡,還是蠻受歡迎的。至少從我們大學來講,華人勤奮工作,不愛惹事,也不愛抱怨,工作做得又好,當然人家會欣賞你。
《科學大師》:那您入選英國皇家工程院的院士,進入主流工程學界,這個過程順利麼?
王江舟:英國皇家工程院的華人院士不太多,入選是有難度。我本人有幸第一次就被選上了。很榮幸我的工作得到認可。從我經歷而言,應該說英國有很好的學術包容性、公正性。我所在研究環境和團隊也給與了極大支持。
7, 要集中精力搞原始創新,不要拼論文數量
《科學大師》:英國這邊的院士評選看重候選人的論文多一點,還是更看重科研含金量多一點?
王江舟:我現在是英國皇家工程院院士篩選委員會委員。英國皇家工程院很看重院士候選人在工程專業領域的影響,就是看你的研究和發明,在工程方面產生了多大的影響,是否被廣泛採用,甚至是否被全球性採用。他們很看重這種實際的、真正的應用價值。論文當然也會看一下,但絕對不會說,誰發表的論文多就評誰當院士,不是這樣。
科學大師:中國在這次疫情期間也要求科學家們把論文寫在祖國大地上,並出臺政策,不再把論文發表數量作爲科研人員職稱晉升的指標,應該講這與國外的做法有所接近吧?
王江舟:這樣做肯定是對的。在英國,對科研人員的評價是綜合的,更關注論文的質量而不是數量,尤其是工程學科,你需要能解決實際的工程問題,你的研究發明要能應用,這比寫多少論文都更具實際影響力。
中國唯論文的現象,早期可能是因爲科技比較落後,把論文看得重一點,也沒錯。但是走到當前階段,各個方面發展很快,就不能還像以前那樣評價科研工作。我們要更強調原始創新,要讓科研人員把精力更多花在真正的研究上,而不是爲了去拼論文數量。這對國家科技的長遠發展非常重要。