高妍+毛艷玲
曾烈光,清華大學電子工程系教授,一個既簡單又不簡單的科技工作者。
說他簡單,是他的研究經(jīng)歷簡單。自1970年從清華大學無線電電子學系畢業(yè)留校,就扎根通信領域,始終不離工程應用。
說他不簡單,是他的成就不簡單。在我國通信事業(yè)發(fā)展的過程中,無論是在奠基、轉型、突破哪個重要時期,都能看到他和他的突出成果。
30年,三個國家獎,為曾烈光的人生寫下了精彩的注腳。
第一個國家獎
為數(shù)字通信終端工程應用奠基
數(shù)字通信,一種用數(shù)字信號(1或0)作為載體傳輸信息的通信方式。
1937年,英國人A.H.里夫斯提出脈碼調制(PCM),從而推動了模擬信號數(shù)字化的進程。與原來的模擬通信相比,數(shù)字通信具有抗干擾性強、可靠性強、便于加密、集成化程度高、可以實現(xiàn)多種通信業(yè)務的綜合等諸多優(yōu)勢。
我國早期的數(shù)字通信研究多停留在理論層面,直到20世紀70年代,才開始面向大規(guī)模工程應用的數(shù)字通信技術工程應用研究。當時的一個標志工程,就是川滬輸氣通信研發(fā)工程。
川滬輸氣工程是上世紀70年代規(guī)劃的繼西氣東輸工程后國內最大的管道工程,其目標是要把四川的天然氣經(jīng)武漢輸送到上海。這是一個大的系統(tǒng)性工程,通信工程是其中的一部分。就是在這個工程中,我國首次提出全部研發(fā)并采用數(shù)字通信技術和設備,在這之前,通常采用模擬通信方法。
這一工程由國務院批準,牽頭組織各個部門匯聚整個行業(yè)的力量共同實施,基本囊括了當時對通信有研究的所有大學、研究所和企業(yè)。清華大學就是參研單位之一。
作為清華大學電子工程系教師,曾烈光加入了川滬輸氣通信研發(fā)工程技術攻關團隊。在這之前,他剛剛完成了32路增量調制數(shù)字電話終端機定時系統(tǒng)的研制,理論研究和工程實踐經(jīng)驗都很豐富。
數(shù)字復接和PCM編碼(脈沖編碼調制)是數(shù)字通信終端的兩種基礎技術,前者用于實現(xiàn)多路數(shù)字信號同步傳輸,后者實現(xiàn)高保真水平的語音數(shù)字化。
在工程初期,團隊參照德國及澳大利亞等國技術方案研制了正/零/負碼速調整復接器,但其抖動實測值達100%UI(單位間隔)以上,遠遠達不到工程提出的小于5%UI的要求。
初入團隊的曾烈光接下了這一任務。通過一年的悉心研究,他發(fā)明了模型法碼速調整數(shù)字復接技術,采用模型化參數(shù)方法,將正/零/負碼速調整抖動及漂移指標由100%UI減小到3%UI,達到了工程要求并領先國際先進水平,填補了國內空白。
PCM編碼是當時國際上通用的語音數(shù)字化標準和技術,以此為基礎的數(shù)字電話終端機,是實現(xiàn)數(shù)字通信的基本終端設備。當時國內的PCM終端設備存在小信號信噪比指標不達標問題,“聲音大的時候,編出來還可以,聲音一小,噪聲大,編出來質量差很多,達不到國際要求。”針對這一問題,通過潛心研究,曾烈光提出了極性另判法PCM編碼技術,很好地解決了這一關鍵問題。
以上述兩項技術為基礎,曾烈光先后研制出模型法數(shù)字復接器和新型的PCM編碼數(shù)字電話終端機,并協(xié)助電子部相關730廠、734廠完成了設計定型,實現(xiàn)了批量生產(chǎn),推動了我國數(shù)字通信工程應用的實現(xiàn),為國內數(shù)字通信終端工程應用技術的發(fā)展奠定了基礎。
相關成果榮獲1987年度國家發(fā)明二等獎,作為技術方法的提出者和設備的主要研制者,曾烈光排名第一。
第二個國家獎
為光通信終端產(chǎn)業(yè)轉型助力
上世紀80年代,隨著技術的發(fā)展,全球數(shù)字產(chǎn)業(yè)轉向專用集成電路(ASIC,Application Specific Integrated Circuit)系統(tǒng)集成時代。
專用集成電路是一種為專門目的而設計的集成電路,是相對于標準集成電路或通用集成電路而言的。它將某種應用系統(tǒng)所需的各種分立元件集成起來做成一個芯片,不僅能夠減小體積,節(jié)省開發(fā)時間,降低成本,減少功耗,而且能降低故障率,提高可靠性;同時,它將核心技術都集成到芯片中,是最安全的自主知識產(chǎn)權保護措施。
相比國外專用集成電路的風起云涌,國內的現(xiàn)狀卻令人焦急不已——光通信終端設備產(chǎn)業(yè)仍采用傳統(tǒng)技術和中小規(guī)模分離器件,整體技術水平落后,企業(yè)創(chuàng)新性不足,加工水平相對落后,處境艱難。
在領導層和研究人員的大力推動下,“七五”期間,“光通信設備系統(tǒng)集成化”科技攻關項目立項,曾烈光為項目負責人。
研究過程中,曾烈光發(fā)明了一種正碼速調整減小抖動技術,該技術采用分離塞入比的方法,可將光通信終端設備正碼速調整復接抖動由國際上的25%UI減小到2%UI,具有國際領先水平。隨后,以該創(chuàng)新技術為基礎,他在國內首次自主設計出超大規(guī)模數(shù)字復接專用集成電路THMT001A和THMR001。
接下來,怎么才能加工出來,實現(xiàn)應用呢?國內的加工工藝達不到要求,能否借助國外的?
那是1988年,國內改革開放的程度還比較低,這一想法毫無意外遭到了不少人的反對。但曾烈光沒有輕易放棄,他四處奔波聯(lián)絡,在時任國家科委主任宋健等領導的支持下,蓋了二三十個相關部門的章,終于獲準在當時國內不具備加工工藝條件的情況下,利用國外加工條件加工生產(chǎn)該芯片,并實現(xiàn)了與日本FUJITSU的芯片加工合作。
最終,他們在日本FUJITSU公司成功加工及批量生產(chǎn)了THMT001A和THMR001。這是我國最早采用自主專利技術成功開發(fā)的大規(guī)模專用集成電路之一,也是首次實現(xiàn)國內設計、利用國外條件加工并批量生產(chǎn)的超大規(guī)模通信專用芯片。宋健同志曾親筆寫信祝賀這一開創(chuàng)性成功。
曾烈光介紹,這兩塊芯片立即受到了國內相關企業(yè)的歡迎。它們把當時我國采用分立電路的兩米多高的龐大的二、三次群光端機縮小到一塊小板上,且大大提高了性能,為亟待產(chǎn)業(yè)升級換代的我國光端機生產(chǎn)企業(yè)帶來了及時雨,很快就在國內數(shù)十家光通信終端設備生產(chǎn)企業(yè)批量應用。同時還以此為主打技術創(chuàng)辦了高新技術企業(yè)北京華環(huán)公司,并為一些企業(yè)培養(yǎng)了一批早期的ASIC設計人才。
這一成果為我國光通信終端產(chǎn)業(yè)向專用集成電路系統(tǒng)集成化轉型作出了貢獻,并有力推動了我國早期專用集成電路設計業(yè)的創(chuàng)生與發(fā)展。
相關成果被中國電子報組織評選為我國“七五”期間十大電子科技成果之一,并榮獲電子部科技進步一等獎、北京市優(yōu)秀新產(chǎn)品獎、中關村拳頭產(chǎn)品稱號。
1990年,該成果榮獲國家技術發(fā)明二等獎,作為該技術方法的提出者,集成電路和復接器的主要設計者,曾烈光再次排名第一。
第三個國家獎
為“信息高速公路”建設添彩
1993年11月15日,美國克林頓政府批準由副總統(tǒng)戈爾、商務部長布朗宣布:“美國將實施一項永久地改變美國公民的生活、工作和溝通方式的國家信息基礎設施。”即,NII(National Infarmation Infrastructure),也就是我們所說的“信息高速公路”。
此舉引發(fā)世界范圍的反應,法、英、德等國紛紛提出自己的“信息高速公路”計劃,及至南美洲的巴西、阿根廷、巴拉圭、烏拉圭等國也聯(lián)合起來,要建立自己的“信息高速公路”?!靶畔⒏咚俟贰苯ㄔO成為全球熱點,我國自然也在積極規(guī)劃、研究。
“信息高速公路”即大容量高速光傳輸網(wǎng),它主要通過光纖通信把政府機構、科研單位、企業(yè)、圖書館、學校、商店、家庭及個人的計算機及移動終端連接起來,方便、迅速地傳遞和處理信息,從而最大限度地實現(xiàn)信息共享。
建設初期,借助高速光網(wǎng)傳輸?shù)囊苿油ㄐ呕臼Р浆F(xiàn)象嚴重,影響網(wǎng)絡使用效果。很快人們發(fā)現(xiàn),造成這一現(xiàn)象的原因,是“信息高速公路”的主要傳輸標準體制SDH(光同步傳輸分層)存在指針泄漏抖動和漂移過大造成的。這一問題一度困擾全球電信業(yè),很多廠商都在積極尋求解決辦法。
曾烈光在國家863項目“SDH技術與芯片研發(fā)”的支持下,發(fā)明了一種統(tǒng)計預測時鐘恢復技術。該技術在不需要附加再定時設備,不要求全局主從時鐘同步的前提下,用統(tǒng)計預測的數(shù)字處理方法大幅度抑制了SDH指針泄漏抖動和漂移,將損傷指標由國際上的100%UI以上減小到5%UI以下,很好地解決了上述問題,達到國際領先水平。
曾烈光隨即采用該項發(fā)明成功主持設計開發(fā)出了新型、系列、成套的SDH超大規(guī)模專用集成電路—MXHO155-2(SDH開銷處理片)、MXLO21E1-3(SDH 21路E1映射片)、MXDC8X8-4(SDH交叉連接片)、MXTULP-5(SDH指針下泄片)等,在國內數(shù)十家企業(yè)批量生產(chǎn)應用,性能優(yōu)良,社會效益和經(jīng)濟效益突出。其中,值得一提的是,MXLO21E1-3是國際上最先開發(fā)出來的SDH 21路E1映射片。
采用這些芯片的新型SDH設備以優(yōu)良性能大量運行在國內外大容量高速光傳輸網(wǎng)絡,為我國大容量高速光傳輸網(wǎng)工程及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻。
該成果榮獲教育部科學技術獎、中國專利優(yōu)秀獎,相關論文在國際通信界頂級刊物發(fā)表并入選全國百篇優(yōu)秀博士學位論文。
2002年,相關項目榮獲國家技術發(fā)明二等獎,作為技術提出者和芯片設計的主持者,曾烈光排名第一。
事實上,進入21世紀,在獲獎芯片成果之外,曾烈光還主持完成了多業(yè)務傳送平臺芯片MXMSTP-6、彈性分組環(huán)芯片MXRPR01-7、萬兆以太網(wǎng)芯片MX10GE-9等多種超大規(guī)模專用芯片的設計開發(fā)。其中,多業(yè)務傳送平臺芯片MXMSTP-6單片規(guī)模達600萬門/片,在美國達拉斯通過了MAXIM公司的性能測試。
這些工作有力地推動了我國高速光通信技術與產(chǎn)業(yè)、城域網(wǎng)技術與SoC技術的發(fā)展。
獎項背后
嚴謹與實干缺一不可
曾烈光是實干派,他認為做一件東西,要立足實際,從提出問題,到找到解決方案,再從理論上證明、技術上實現(xiàn),進而形成產(chǎn)品,最終在工程上應用,收獲效益,才算做到了家?!斑@樣的事情,哪怕做到一件,心里也比較踏實?!?/p>
從畢業(yè)后做成第一件成功的事—研制數(shù)控機床開始,他就明白,一件事,只要認真去做,總能做成?!斑@世上的事,很少有做不到的。如果沒成,那是你的信心不夠、努力不夠、付出不夠?!?/p>
然后一件事的發(fā)生,讓他懂得,做研究,光有付出還不夠。
那是在THMT001A和THMR001研制時期,已經(jīng)設計完成在日本加工好的芯片,卻出了問題?!皬娜毡灸没貋淼男酒瑯悠\行時,每隔一兩個小時就出一次故障,日方派專家組來中國共同尋找原因未果,后來我們又去了日本,還是找不到?!彪y題久攻不下,曾烈光急了,“牛勁兒”上來了,帶著干糧住進了辦公室,一個星期沒出門,才最終找到了問題癥結并予以解決。
此事之后,曾烈光更深刻地體會到,做芯片設計,付出辛苦只是基本配置,最重要的是要有非常嚴格、嚴謹?shù)目茖W作風,必須一絲不茍?!耙粋€集成電路芯片,它里面有多少億條線,多少個元器件?如果有200多萬門,一個門有多少個晶體管、二極管?這么多的東西,必須要有很精確的設計,一點都不能錯。否則出了問題很難找不說,前期的巨大投入也會打水漂?!?/p>
就是憑著一絲不茍的科學作風,從上世紀80年代末設計我國最早的專用集成電路芯片THMT001A和THMR001開始,到2007年,僅20年時間,曾烈光就主持設計開發(fā)了超大規(guī)模專用集成電路芯片12種,其中10種實現(xiàn)了批量生產(chǎn)和工程應用。他將工作做到了家,做到了心里。
2007年,曾烈光根據(jù)自己對形勢的判斷,決定轉向學術研究。“國內通信企業(yè)華為、中興等崛起,他們都有自己的集成電路設計中心,有龐大的研究團隊,而且資金雄厚。作為高校,我們之前是為他們解決問題、提供芯片,帶他們闖一條路,20年后情況發(fā)生了變化,企業(yè)自身的科技能力越來越強,不再依賴我們,角色發(fā)生了變化。所以我們對自身的定位應該有所變化?!?/p>
在這之后,他積極投身未來網(wǎng)絡研究,承擔了國家973、863、自然基金及重大專項等多項課題,積極參與國家中長期信息領域基礎設施規(guī)劃,重點研究近距離無線通信和新型網(wǎng)絡技術及未來網(wǎng)絡結構,為建設國家網(wǎng)絡創(chuàng)新基礎設施建設積累關鍵技術,驗證網(wǎng)絡創(chuàng)新和提供參考設計。
實干精神也被曾烈光貫徹到了學術研究中。“研究未來網(wǎng)絡離不開實驗環(huán)境,現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)不能滿足要求,所以我們自己搞了一個實驗環(huán)境?!边@個實驗環(huán)境,就是TUNIE。
TUNIE是基于虛擬技術建立的、擁有自主知識產(chǎn)權的未來網(wǎng)絡創(chuàng)新實驗環(huán)境。它的建立,為未來網(wǎng)絡創(chuàng)新發(fā)展進行了有益探索,進行了網(wǎng)絡創(chuàng)新實驗,開發(fā)了基于平臺和真實網(wǎng)絡的應用,另外還積極參與了國際合作,實現(xiàn)了與GENI的互通,增強了我國在未來網(wǎng)絡基礎設施建設方面的國際影響力。作為973項目成果,TUNIE已通過課題驗收,得到了專家組的高度評價。
此外,多個項目的開展過程中,曾烈光還帶領團隊在UWB標準與芯片、UWB體域網(wǎng)、SDN(軟件定義網(wǎng)絡)、大數(shù)據(jù)研究等方面取得一系列成果。
如今,雖然已經(jīng)退休,但曾烈光仍有不少時間在學校辦公?!笆掷锏囊恍┱n題項目還沒有結題,要繼續(xù)做完。另外,帶的博士生還有沒畢業(yè)的,得繼續(xù)盯著?!闭竞米詈笠话鄭?,是這位古稀老人對自己鐘愛的中國通信事業(yè)的另一種堅守。