创新从何处来:高通发明家的成长故事

总第174期 张翼翔 China IP发表,[专利]文章

5G通信、智能手机系统级芯片(SoC)、人工智能……这一系列前沿技术领域的创新成果,如今正引领着全球的智能化革命。作为当今全球领先的无线科技创新者和5G领域的核心领导者之一,高通(Qualcomm)公司以其雄厚的技术实力及丰富的创新成果而闻名于世。在《财富》“改变世界的公司”评选中,高通因其对无线技术发展的巨大贡献和对5G的推动,在2019年和2020年连续两年入选该榜单。《快公司》(Fast Company)杂志也将高通评选为“2020年全球最具创新力公司”。

高通源源不断的创新力来自何处?答案永远是“人”。高通目前在全球拥有3万多名员工,其中不乏许多成果丰硕的“高通发明家”。他们的默默耕耘为人与人、人与互联网的广泛连接铺就了一条条道路,他们的成长故事也将激励着未来的发明家为创造更美好的世界而投身于创新的生活方式之中。

季庭方:助力5G实现万物互联

“小时候,我一直觉得我的父亲实在是太了不起了,因为他拥有一项属于自己的发明。”高通公司高级工程总监季庭方博士说道。在父亲这个榜样的激励下,季庭方博士在学业上猛志精进,最终顺利从密歇根大学取得博士学位并加入高通,走上了一名高通发明家的成长之路。如今,他也拥有了自己的发明专利,而且是一个他曾经想都不敢想的数目——800余项。

自2003年加入高通起,季庭方博士便开始研究从CDMA过渡到OFDM(正交频分复用,可以实现多载波传输)的蜂窝系统,并在此后十年间取得了一系列技术突破,涉及多个OFDM和4G连接关键组件的设计、算法与标准。随着5G技术研发的起步推进,无线通信技术超越智能手机的应用范畴、实现万物互联的愿景,似乎正在变成现实——但这一跨越不能一蹴而就,而需要借助创新性技术的推进。于是,2014年,季庭方博士转而研究让5G适用于智能手机以外的更多终端和应用的技术与方法,并在接下来的数年间取得了一系列成果,为无数新终端和新行业应用5G铺平了道路。

在季庭方博士的发明成果中,可扩展参数集是最引人注目的突破性技术之一。通过设计统一的子载波间隔指数扩展公式,季庭方博士实现了可扩展的OFDM参数配置,并以此来连接广泛多样的终端,从而使得蜂窝连接可以以超高效率延伸至手机之外复杂性频谱的两端——从超低功耗物联网(IoT)传感器,到超低时延高吞吐量的虚拟现实(VR)眼镜。这大大地提升了5G硬件和工程效率,为5G快速扩展至众多垂直行业创造了条件。

谈起可扩展参数集的诞生历程,季庭方博士对很多细节记忆犹新。“最初,我们重点关注这一发明的可扩展性。但进入标准化阶段,我们却发现了新问题。例如,对于后向兼容,它意味着你还需要让设计适应一些老旧技术。你需要增加五花八门的特性,真正让其适用于更多的用例。起初我们在设计5G时,形成了拥有优美时域和频域的全面可扩展设计。但最终,实际上形成标准的内容大约是我们所设计的特性的一半。我们放弃了一些可扩展性,这是因为有时我们必须做出牺牲,以适应其他实际限制因素。但尽管你放弃了一些很纯粹、很漂亮的设计,最终却实现了经济规模等好处。这就是权衡取舍,这也是一个很漫长、很复杂的过程。”

而谈起自己保持的发明记录,季庭方博士并不愿居功。“能保持这样的发明节奏,是诸多因素的综合结果。首先,我很幸运能在高通工作。如果你所处的领域大多数问题都已经解决,那么就很难再有新的发明;但在高通,我们始终都在应对以前无人解决的问题。其次,与你合作共事的人很重要。高通有一种重视头脑风暴的文化,例如我们有很多会议,这让我们思考和交流信息,不断碰撞出思想火花。最后,永不放弃。成功也许不是常态,但只要愿意更进一步、做更多努力,总可以学到更多。”

如今,季庭方博士正继续领导着高通公司最大的研发团队之一,在继续聚焦5G的同时,也在研究6G技术,致力于实现最新的无线技术突破。“我对有志于从事发明工作的年轻人有两条建议:大胆想、动手做。这两者有时会相互矛盾,但只有深入发明工作的人,才知道兼顾两者的重要性。如果只是埋头苦干,就可能陷得太深、忘记大局;而如果只是空想,也将失之肤浅、偏离实际。永远不要忘记问自己,我在解决什么问题?它真是需要解决的问题吗?唯有如此,我们方能寻得创新的正路。”

“有些年轻人曾对我说,他们时常感到无聊。在我看来,科技领域永远都不会让人觉得无聊。过去的一百年间,科技发展不仅推动人类社会取得了巨大进步,更形成了一种由新发明带动更多新发明的正向反馈循环,这些发明在快速地改变着经济和社会,其核心是科技改变我们的世界。很多比我年长的同事,如今仍在坚持学习新事物、讨论新问题、提出新解决方案,这种感觉令人兴奋无比。科技确实是值得你毕生专注的领域。”季庭方博士感言。

Lola Awoniyi-Oteri:通过省电和移动性管理发明优化5G体验

同季庭方博士一样,高通公司首席系统工程师Lola Awoniyi-Oteri博士也是在父亲的影响下走上了发明家之路。Awoniyi-Oteri博士出生于尼日利亚,她的父亲是一名电信工程师。“在我6岁时,父亲作为主管工程师,负责建设了首个全国性广播卫星系统项目,当时的我就在他身边近距离地观察着项目进展。曾经,在尼日利亚,因为没有全国性广播系统的缘故,每个州只能各自举办独立日庆典。而就在父亲负责的系统开通之日,全国各地的人们第一次同时收看到了首都的独立日庆典。这一切仿佛就发生在昨天。从此,我便始终坚信,如果你真正了解了技术,那么你就能够借此做出真正的改变。”Awoniyi-Oteri博士说道。

抱着从小积累起的对科学和工程技术的兴趣,Lola在斯坦福大学获得了电子工程硕士和博士学位。优化3G终端的省电效果,是她2008年加入高通后的首批任务之一。现在,她专注于5G毫米波终端的标准化、研究和开发,尤其关注移动性管理和能效等领域。全球范围内,Awoniyi-Oteri博士已拥有超过300项无线通信领域的已授权专利专利申请。她的专利和发明涉及广泛的领域,包括蜂窝网络和卫星网络的广域网技术,以及蓝牙和Wi-Fi等局域网技术。这些发明在帮助降低终端能耗的同时,也为3G、4G和5G连接提升了网络移动性及移动用户体验。

“我的一些发明能够让终端用户在不牺牲电池续航的情况下享受5G带来的高速连接。”Awoniyi-Oteri博士简明扼要地介绍了自己的发明,“当然,从一个想法演变为最终用户可使用的终端,这个过程需要很多年。例如,为发明涉及5G毫米波移动性和能效相关的关键技术,通常工程师需要首先思考5G毫米波领域需要解决的重要问题,并不断缩小问题范围,直至问题表述得以明确定义。从发现一个重要问题到定义问题表述的过程可能需要持续多年。之后针对该问题开始研究解决方案并不断完善,直到发现并证明一个或多个解决方案。然后,我们会将解决方案提交至相应的标准制定组织(SDO),并与其他公司进行讨论采用哪个或哪些解决方案并达成共识,在SDO框架内就定义无线技术特征的规范达成共识也需要至少几年时间。最后,产品团队再根据规范打造出相应的产品和服务。”

在移动行业,从一代移动通信技术发展到下一代,大约以10年为周期,发明创新所需的人力、物力及时间成本往往是常人难以想象的。“好在高通为每一位员工发明和拓展创新想法提供支持。”Awoniyi-Oteri博士说道,“高通开设了大量无线通信课程,对于不熟悉发明的人,高通提供了大量资源让你尽快上手。此外,高通同事们的知识也非常渊博。求学时我需要花几个月的时间阅读教科书才能理解一些概念,而在高通,毫不夸张地说,在你办公室的走廊上就有专家,你可以走进他们的办公室,和他们聊20分钟,很快就能明白问题或概念的核心所在。高通提供了完美的协作环境。我提出的任何想法,都可以和团队共同研究。我真的很享受这种周围人才云集的状态,大家都是各自领域的专家,并且都对以创新来改变社会抱有使命感。”

Marta Karczewicz:以突破性技术支撑现代视频应用

给宠物拍视频,与同事进行Zoom通话,在线观看情景喜剧……普通人对这类体验或许早就习以为常。但鲜有人知的是,如果没有高通公司技术副总裁Marta Karczewicz博士对视频编解码器研究所作出的贡献,这些日常小事可能将不可实现。

出生于波兰的Karczewicz博士,很早便展现出了一名发明家的过人天赋。在学校时,她非常喜欢和擅长数学和物理,并曾在波兰高中数学奥林匹克竞赛上获奖。“数学和物理吸引我的地方,便在于它们更多是关于了解物质和解决问题,而非单纯记忆信息。”Karczewicz博士回忆道。

2006年,Karczewicz博士进入高通,并开始尝试变革视频压缩的设计。“我曾看到一本教科书,书中基于研究人员对数据的假设,提出了一种视频压缩的最佳方法。我当时心想,真的是这样吗?这些假设真的正确吗?然后我确定我可以做得更好”。怀揣着对发现和解决问题的一以贯之的热情,Karczewicz博士走上了视频编解码器研究之路。
“每一代新的视频编解码器基本上都需要将视频再压缩40%,以达到相同的视觉质量,但这绝不是通过修改编解码器的一个模块就能实现的。通常,我们需要修改数十个甚至数百个模块。这是通过不断积累各种细节改变,并结合各种单独的工具实现的。”Karczewicz博士这样总结了自己的研发过程,“和人们想象的或许不同,发明家在研究过程中,很少有‘恍然大悟’的时刻。大多数发明的诞生主要依赖于发明家极其有条理地搜集、分析数据和寻找趋势,从中寻找有趣的潜在突破点,思考创新方法,从而不断产生小的‘顿悟’。”

今天,视频已广泛进入人们日常工作、学习、生活的各个角落。Karczewicz博士的贡献并不仅仅是单一的技术突破,更是一整套发明。确切地说,她参与了几乎所有视频编解码器的模块构建工作,在美国拥有超过500项专利。2012年,Karczewicz博士成为“高通IP卓越奖”(Qualcomm IP excellence Award)的三位获奖者之一;而在2019年欧洲发明家大奖评选中,她也是“终身成就奖”(Lifetime Achievement)三位最终入围者之一。如今,Karczewicz博士领导着一个由30名高通员工组成的团队,致力于推动多媒体研发,并取得了诸多突破性进展,其中包括远程教育、远程医疗以及扩展现实(XR)、机器与机器通信。

谈起自己取得的这一系列成就,Karczewicz博士提到了高通的创新文化。“我认为尤其重要的是,高通公司理解研究存在不确定性,也需要时间,你无法总是为它设定好时间表。我们可能尝试了多种事物,却没能取得任何有趣的成果,但高通公司愿意投资。公司愿意给我们时间来完成自己的工作,也能够容忍失败。我认为这一点很可贵,我不确定每家公司是否都愿意承担这样的风险。”

“要有耐心。要去发现让自己有强烈感触的问题,也要笃信自己所专注的问题代表了某种未来方向。曾经,谈起我现在从事的视频应用,几乎所有人都说它不可能实现,但如今一切都已改变。思考问题,动手实践,不懈努力,发明将随之而来。”这是Karczewicz博士对所有未来发明家送出的寄语。

Simone Merlin:让Wi-Fi更快更高效地支持高流量网络

高通公司首席系统工程师Simone Merlin博士的发明之旅,始于他孩提时代在自家车库里搭建的“小实验室”。高中时,他曾动手拆解和改装了一批对讲设备,然后安装在两台旧电脑上,让它们实现了互联通信——而如今,通过在Wi-Fi网络介质访问控制(MAC)子层和物理层的创新,Merlin博士发明的协议和标准化方法,使得这些Wi-Fi网络能够更快、更可靠地支持全世界以无线方式进行连接、计算和沟通。

Merlin博士在意大利帕多瓦大学获得电信工程硕士和博士学位,在完成博士学位之前,他还在伊利诺伊大学以访问学者身份从事无线局域网技术研究。2007年他加入高通,在过去的14年间,他一直研究如何增强Wi-Fi性能。“研究过程中,我的基本想法始终是让Wi-Fi更好、更快、更可靠,并且能够支持更多用例。而随着Wi-Fi部署越来越广泛,相同区域内将有大量的Wi-Fi终端,要确保它们能够良好地协同工作,并提高Wi-Fi吞吐量和可靠性,必然要对MAC和物理层协议做出很多改变。”Merlin博士解释了自己一系列发明所试图解决的问题,“为此,我们试图考虑改进现有技术或开发全新技术,以改善吞吐量、可靠性、能耗或赋能新用例,然后设计协议和算法予以支持。例如,我们有围绕协议的多项发明来支持多用户MIMO,保障多个终端同时交换数据以提高网络效率;又如射频传感,它不涉及数据通信,用途在于让Wi-Fi像雷达一样了解周围正在发生的事情,这也是需要新协议的全新用例。”

如何协作开发新技术?Merlin博士有着自己独到的见解。“通常,我们会首先试图定义待解决的Wi-Fi相关基本问题,一旦得出待解决的Wi-Fi相关基本问题的明晰清单,我们就开始设计协议去解决问题。搜集和提炼想法的过程需要团队协作,事实上,在设计的过程中,相当大的一部分时间都花在了团队成员的头脑风暴上。对于那些更有希望的想法,我们会进行评估,以确定它是否能够带来可观的效益。一些协议需要标准化以支持跨终端互操作,这些协议会被拿到电气电子工程师学会(IEEE)等标准化论坛,与其他公司进行讨论。我们不仅与其他公司讨论自己的提案,也会参与评估其他公司的提案,然后回头不断打磨我们自己的提案,最终形成一个可以让大多数公司达成共识的提案。”改变世界的发明,就悄然诞生在这样循环往复的思考、交流、打磨过程中。

如今,Merlin博士正在各种Wi-Fi技术原型及射频传感等前沿新领域继续迈出探索步伐。“不断学习并创造有用的新事物,是让我最有满足感的事情。在高通工作,让我有机会站在技术的前沿,与众多才华横溢的同事一起发明可能被数百万人使用的新技术。而回到家里,我也还会继续带着孩子做我的‘手工活儿’,希望能教会我的孩子一些动手技能——也许未来的某天,我的孩子还能造出智能玩具车呢。”Merlin博士笑道。



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