科研人的日常,是夜里实验室迟迟不灭的灯光,是墙上指针滴答声不断的钟表,也是办公室角落里打开又收起的折叠床。和很多人一样,这些细节构成了信息感知集成攻关研究院左胜博士忙碌科研生活中的平凡一天。
日复一日,时间给予水滴穿透岩层的韧性和力量,科研领域的长期主义者,是和时间赛跑,和同行竞争,更是在和时间做朋友。凭借专业积累,左胜在华为提出的“超大规模非均匀阵列高效高保真仿真方法”难题中,给出了一套高精度、高效率解决方案,并荣获华为“火花奖”价值奖。
“火花奖”的设立,旨在表彰和激励在解决产业难题及科学理论突破方面做出重大贡献的高校教师和研究人员。华为会面向社会发布产业中遇到的兼具商业价值和科学价值的挑战难题,希望基础理论扎实,有创新解题思路的人才踊跃揭榜,碰撞出智慧和创新的“火花”。
获奖对左胜而言是个意外的惊喜,但能在较短时间内“交卷”,拿出令对方满意的方案,恰也说明揭榜难题正处于他长期思索的“问题域”内,与他的研究方向、学术特长契合。
左胜揭榜的难题,主要是利用计算机仿真软件对通信天线进行设计、分析和优化。随着社会应用场景的丰富,如高速移动覆盖、定位感知等的需要,无线通信向超大规模天线阵列技术演进,其中非均匀阵列技术是实现低成本、低功耗的有效途径。然而,传统仿真技术在面对超大规模非均匀天线阵列全模型全波仿真时,存在周期过长、存储需求过大的问题,因此针对超大规模非均匀阵列天线,给出兼顾“精度”和“效率”的仿真方法,有效降低仿真的计算和存储复杂度,对产业界意义巨大。
“打个比方,天线‘阵列’就像地砖,以往规则阵列,如同整齐铺开的地砖,彼此相同且有规律地分布,但非规则阵列每个模块都可能不一样,模块间的‘缝隙’也不同,使用以往软件仿真的时间较长。”左胜说,“和华为方面对接的人碰头两次,一次是向专家展示解决方案,一次是提供实验室环境下的建模仿真情况,与国外软件参数进行对比。”
由于对方想尽快看到结果,留给左胜的时间并不多,相比往常,这次研发主要是他带着一个学生一起做,前后大概一个月,他就完成“破题”“解题”,在此期间,左胜经常工作到深夜十二点以后。
左胜指着办公室墙角的折叠床说:“还是要劳逸结合,中午我会在办公室午休,科研需要时间投入,但如果状态不好、效率很低,一直在实验室熬着的意义也不大。”
“这次对方并不是要一个完全成熟,可以直接应用的技术方案,而是破解思路,便于他们继续研发。”左胜表示,自己的方案可以用“明升暗降、内外兼修”来形容:一方面,采用大规模并行计算技术,借助外部硬件资源,提升软件仿真速度、效率,对拥有大规模并行计算硬件能力的公司,成本能得到很好控制;另一方面,则从内部仿真算法入手,结合新的技术,在保证精度的前提下,降低原有算法的计算和存储复杂度。
科学是无尽的前沿,在团队张玉教授带领下,左胜一直从事国产电磁工业软件的研制。与国外相比,现阶段国产电磁软件尚处于追赶水平,国外软件不仅购买成本高,有的软件也不再向国内出售,产业界对国产电磁软件的需求旺盛。
在张玉教授领衔的国产电磁工业软件研制项目中,左胜是软件核心模块——有限元法求解器的总负责人,负责该求解器核心功能的开发与集成,突破了多项关键技术瓶颈,使该求解器的适用性、计算能力和计算规模等方面得到快速发展。
在左胜的电子邮箱里,经常会收到寻求合作或请求解决难题的邮件,“这是近期某行业龙头企业发来的一封邮件,是关于某项技术难题的描述”,左胜点开邮箱最上面的一封邮件,在他看来,随着和产业界联系加深,双方合作机会增多,不仅业界难题得到解决,科研的问题意识也被激活。
每次根据科研院所、行业企业的需求改进软件功能,都像“开盲盒”,并不是所有难题的攻克都一帆风顺,2023年,左胜近一半时间都花在钻研伴随求导技术上,也曾产生那种如在隧道穿行,看不到出口和光亮的短暂迷茫。
左胜说:“伴随求导可实现对有关参数的快速实时调谐,也可以根据参数偏导数的大小,简单判断设计参数的敏感度,以此减轻很多重复性工作,增强对产品误差的良好预见,加速产品优化设计。”
最初,左胜花了四五个月,寻找大量文献,把各种方法尝试了一遍,但由于实际工程需求要考虑产品的通用性和精度,结果行不通。左胜表示,“这个过程挺煎熬,但也没有捷径可走,如果不从文献里推,可能会花更多时间试错,成本反而更高。”
最终,左胜坚持从基本理论出发,寻找解题思路和方法,提出了一个目前看来“精度还比较好”的方案,左胜认为,“工作还没有做完,要继续攻关。”
对左胜来说,从求学到留校,一路上的成长离不开学校、老师的支持。2016年6月,张玉教授等人共同撰写的、面向专业领域人群的研究型著作《计算电磁学中的超大规模并行矩量法》一书出版。前期,在张玉教授指导下,当时还在求学的左胜参与部分工作,左胜回忆道,“张老师对书的内容把关很细,几百页的未出版书稿,我们一起看了大概不下100遍,有的内容差不多能背下来了。”
“遇到瓶颈期,迟迟无法取得进展时,还是会找张玉老师聊聊,有时他会给我们一些思路和启发。”左胜说,“老师做事特别认真,比如团队在申报科研项目或撰写结题报告时,他会打印出来逐字逐句反复检查,而不是简单看下电子版,这种态度对我影响很大。”
进入科研岗位后,他觉得学校鼓励大家去参加国内外学术会议,使他有更多机会与业界专家“面对面交流学习”,而学校在项目申报方面的支持,也让年轻人可以把精力聚焦于科研。
“获得‘火花奖’是对我的肯定,一直以来,我的研究都围绕实际应用需求进行,获奖更让我坚定了这个信念。”谈及未来科研规划,左胜说,“还是研究国产电磁工业软件,给自己定一些踮踮脚能够得着的目标,持续提升软件的性能和稳定性,使软件从“能用”变得“好用”,研究领域方面,也要适当拓展、交叉融合,跨领域、多学科地借鉴知识,跟上时代发展的形势。”
学生记者 / 任睿兮
记者 / 白毅鹏
编辑 / 王冠玉
责编 / 王 格
出品 / 党委宣传部〔融媒体中心〕
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