創新從何處來:高通發明家的成長故事

總第174期 张翼翔 China IP發表,[专利]文章

5G通信、智能手機系統級芯片(SoC)、人工智能……這一系列前沿技術領域的創新成果,如今正引領著全球的智能化革命。作為當今全球領先的無線科技創新者和5G領域的核心領導者之一,高通(Qualcomm)公司以其雄厚的技術實力及豐富的創新成果而聞名于世。在《財富》“改變世界的公司”評選中,高通因其對無線技術發展的巨大貢獻和對5G的推動,在2019年和2020年連續兩年入選該榜單?!犊旃尽罚‵ast Company)雜志也將高通評選為“2020年全球最具創新力公司”。

高通源源不斷的創新力來自何處?答案永遠是“人”。高通目前在全球擁有3萬多名員工,其中不乏許多成果豐碩的“高通發明家”。他們的默默耕耘為人與人、人與互聯網的廣泛連接鋪就了一條條道路,他們的成長故事也將激勵著未來的發明家為創造更美好的世界而投身于創新的生活方式之中。

季庭方:助力5G實現萬物互聯

“小時候,我一直覺得我的父親實在是太了不起了,因為他擁有一項屬于自己的發明。”高通公司高級工程總監季庭方博士說道。在父親這個榜樣的激勵下,季庭方博士在學業上猛志精進,最終順利從密歇根大學取得博士學位并加入高通,走上了一名高通發明家的成長之路。如今,他也擁有了自己的發明專利,而且是一個他曾經想都不敢想的數目——800余項。

自2003年加入高通起,季庭方博士便開始研究從CDMA過渡到OFDM(正交頻分復用,可以實現多載波傳輸)的蜂窩系統,并在此后十年間取得了一系列技術突破,涉及多個OFDM和4G連接關鍵組件的設計、算法與標準。隨著5G技術研發的起步推進,無線通信技術超越智能手機的應用范疇、實現萬物互聯的愿景,似乎正在變成現實——但這一跨越不能一蹴而就,而需要借助創新性技術的推進。于是,2014年,季庭方博士轉而研究讓5G適用于智能手機以外的更多終端和應用的技術與方法,并在接下來的數年間取得了一系列成果,為無數新終端和新行業應用5G鋪平了道路。

在季庭方博士的發明成果中,可擴展參數集是最引人注目的突破性技術之一。通過設計統一的子載波間隔指數擴展公式,季庭方博士實現了可擴展的OFDM參數配置,并以此來連接廣泛多樣的終端,從而使得蜂窩連接可以以超高效率延伸至手機之外復雜性頻譜的兩端——從超低功耗物聯網(IoT)傳感器,到超低時延高吞吐量的虛擬現實(VR)眼鏡。這大大地提升了5G硬件和工程效率,為5G快速擴展至眾多垂直行業創造了條件。

談起可擴展參數集的誕生歷程,季庭方博士對很多細節記憶猶新。“最初,我們重點關注這一發明的可擴展性。但進入標準化階段,我們卻發現了新問題。例如,對于后向兼容,它意味著你還需要讓設計適應一些老舊技術。你需要增加五花八門的特性,真正讓其適用于更多的用例。起初我們在設計5G時,形成了擁有優美時域和頻域的全面可擴展設計。但最終,實際上形成標準的內容大約是我們所設計的特性的一半。我們放棄了一些可擴展性,這是因為有時我們必須做出犧牲,以適應其他實際限制因素。但盡管你放棄了一些很純粹、很漂亮的設計,最終卻實現了經濟規模等好處。這就是權衡取舍,這也是一個很漫長、很復雜的過程。”

而談起自己保持的發明記錄,季庭方博士并不愿居功。“能保持這樣的發明節奏,是諸多因素的綜合結果。首先,我很幸運能在高通工作。如果你所處的領域大多數問題都已經解決,那么就很難再有新的發明;但在高通,我們始終都在應對以前無人解決的問題。其次,與你合作共事的人很重要。高通有一種重視頭腦風暴的文化,例如我們有很多會議,這讓我們思考和交流信息,不斷碰撞出思想火花。最后,永不放棄。成功也許不是常態,但只要愿意更進一步、做更多努力,總可以學到更多。”

如今,季庭方博士正繼續領導著高通公司最大的研發團隊之一,在繼續聚焦5G的同時,也在研究6G技術,致力于實現最新的無線技術突破。“我對有志于從事發明工作的年輕人有兩條建議:大膽想、動手做。這兩者有時會相互矛盾,但只有深入發明工作的人,才知道兼顧兩者的重要性。如果只是埋頭苦干,就可能陷得太深、忘記大局;而如果只是空想,也將失之膚淺、偏離實際。永遠不要忘記問自己,我在解決什么問題?它真是需要解決的問題嗎?唯有如此,我們方能尋得創新的正路。”

“有些年輕人曾對我說,他們時常感到無聊。在我看來,科技領域永遠都不會讓人覺得無聊。過去的一百年間,科技發展不僅推動人類社會取得了巨大進步,更形成了一種由新發明帶動更多新發明的正向反饋循環,這些發明在快速地改變著經濟和社會,其核心是科技改變我們的世界。很多比我年長的同事,如今仍在堅持學習新事物、討論新問題、提出新解決方案,這種感覺令人興奮無比??萍即_實是值得你畢生專注的領域。”季庭方博士感言。

Lola Awoniyi-Oteri:通過省電和移動性管理發明優化5G體驗

同季庭方博士一樣,高通公司首席系統工程師Lola Awoniyi-Oteri博士也是在父親的影響下走上了發明家之路。Awoniyi-Oteri博士出生于尼日利亞,她的父親是一名電信工程師。“在我6歲時,父親作為主管工程師,負責建設了首個全國性廣播衛星系統項目,當時的我就在他身邊近距離地觀察著項目進展。曾經,在尼日利亞,因為沒有全國性廣播系統的緣故,每個州只能各自舉辦獨立日慶典。而就在父親負責的系統開通之日,全國各地的人們第一次同時收看到了首都的獨立日慶典。這一切仿佛就發生在昨天。從此,我便始終堅信,如果你真正了解了技術,那么你就能夠借此做出真正的改變。”Awoniyi-Oteri博士說道。

抱著從小積累起的對科學和工程技術的興趣,Lola在斯坦福大學獲得了電子工程碩士和博士學位。優化3G終端的省電效果,是她2008年加入高通后的首批任務之一?,F在,她專注于5G毫米波終端的標準化、研究和開發,尤其關注移動性管理和能效等領域。全球范圍內,Awoniyi-Oteri博士已擁有超過300項無線通信領域的已授權專利專利申請。她的專利和發明涉及廣泛的領域,包括蜂窩網絡和衛星網絡的廣域網技術,以及藍牙和Wi-Fi等局域網技術。這些發明在幫助降低終端能耗的同時,也為3G、4G和5G連接提升了網絡移動性及移動用戶體驗。

“我的一些發明能夠讓終端用戶在不犧牲電池續航的情況下享受5G帶來的高速連接。”Awoniyi-Oteri博士簡明扼要地介紹了自己的發明,“當然,從一個想法演變為最終用戶可使用的終端,這個過程需要很多年。例如,為發明涉及5G毫米波移動性和能效相關的關鍵技術,通常工程師需要首先思考5G毫米波領域需要解決的重要問題,并不斷縮小問題范圍,直至問題表述得以明確定義。從發現一個重要問題到定義問題表述的過程可能需要持續多年。之后針對該問題開始研究解決方案并不斷完善,直到發現并證明一個或多個解決方案。然后,我們會將解決方案提交至相應的標準制定組織(SDO),并與其他公司進行討論采用哪個或哪些解決方案并達成共識,在SDO框架內就定義無線技術特征的規范達成共識也需要至少幾年時間。最后,產品團隊再根據規范打造出相應的產品和服務。”

在移動行業,從一代移動通信技術發展到下一代,大約以10年為周期,發明創新所需的人力、物力及時間成本往往是常人難以想象的。“好在高通為每一位員工發明和拓展創新想法提供支持。”Awoniyi-Oteri博士說道,“高通開設了大量無線通信課程,對于不熟悉發明的人,高通提供了大量資源讓你盡快上手。此外,高通同事們的知識也非常淵博。求學時我需要花幾個月的時間閱讀教科書才能理解一些概念,而在高通,毫不夸張地說,在你辦公室的走廊上就有專家,你可以走進他們的辦公室,和他們聊20分鐘,很快就能明白問題或概念的核心所在。高通提供了完美的協作環境。我提出的任何想法,都可以和團隊共同研究。我真的很享受這種周圍人才云集的狀態,大家都是各自領域的專家,并且都對以創新來改變社會抱有使命感。”

Marta Karczewicz:以突破性技術支撐現代視頻應用

給寵物拍視頻,與同事進行Zoom通話,在線觀看情景喜劇……普通人對這類體驗或許早就習以為常。但鮮有人知的是,如果沒有高通公司技術副總裁Marta Karczewicz博士對視頻編解碼器研究所作出的貢獻,這些日常小事可能將不可實現。

出生于波蘭的Karczewicz博士,很早便展現出了一名發明家的過人天賦。在學校時,她非常喜歡和擅長數學和物理,并曾在波蘭高中數學奧林匹克競賽上獲獎。“數學和物理吸引我的地方,便在于它們更多是關于了解物質和解決問題,而非單純記憶信息。”Karczewicz博士回憶道。

2006年,Karczewicz博士進入高通,并開始嘗試變革視頻壓縮的設計。“我曾看到一本教科書,書中基于研究人員對數據的假設,提出了一種視頻壓縮的最佳方法。我當時心想,真的是這樣嗎?這些假設真的正確嗎?然后我確定我可以做得更好”。懷揣著對發現和解決問題的一以貫之的熱情,Karczewicz博士走上了視頻編解碼器研究之路。
“每一代新的視頻編解碼器基本上都需要將視頻再壓縮40%,以達到相同的視覺質量,但這絕不是通過修改編解碼器的一個模塊就能實現的。通常,我們需要修改數十個甚至數百個模塊。這是通過不斷積累各種細節改變,并結合各種單獨的工具實現的。”Karczewicz博士這樣總結了自己的研發過程,“和人們想象的或許不同,發明家在研究過程中,很少有‘恍然大悟’的時刻。大多數發明的誕生主要依賴于發明家極其有條理地搜集、分析數據和尋找趨勢,從中尋找有趣的潛在突破點,思考創新方法,從而不斷產生小的‘頓悟’。”

今天,視頻已廣泛進入人們日常工作、學習、生活的各個角落。Karczewicz博士的貢獻并不僅僅是單一的技術突破,更是一整套發明。確切地說,她參與了幾乎所有視頻編解碼器的模塊構建工作,在美國擁有超過500項專利。2012年,Karczewicz博士成為“高通IP卓越獎”(Qualcomm IP excellence Award)的三位獲獎者之一;而在2019年歐洲發明家大獎評選中,她也是“終身成就獎”(Lifetime Achievement)三位最終入圍者之一。如今,Karczewicz博士領導著一個由30名高通員工組成的團隊,致力于推動多媒體研發,并取得了諸多突破性進展,其中包括遠程教育、遠程醫療以及擴展現實(XR)、機器與機器通信。

談起自己取得的這一系列成就,Karczewicz博士提到了高通的創新文化。“我認為尤其重要的是,高通公司理解研究存在不確定性,也需要時間,你無法總是為它設定好時間表。我們可能嘗試了多種事物,卻沒能取得任何有趣的成果,但高通公司愿意投資。公司愿意給我們時間來完成自己的工作,也能夠容忍失敗。我認為這一點很可貴,我不確定每家公司是否都愿意承擔這樣的風險。”

“要有耐心。要去發現讓自己有強烈感觸的問題,也要篤信自己所專注的問題代表了某種未來方向。曾經,談起我現在從事的視頻應用,幾乎所有人都說它不可能實現,但如今一切都已改變。思考問題,動手實踐,不懈努力,發明將隨之而來。”這是Karczewicz博士對所有未來發明家送出的寄語。

Simone Merlin:讓Wi-Fi更快更高效地支持高流量網絡

高通公司首席系統工程師Simone Merlin博士的發明之旅,始于他孩提時代在自家車庫里搭建的“小實驗室”。高中時,他曾動手拆解和改裝了一批對講設備,然后安裝在兩臺舊電腦上,讓它們實現了互聯通信——而如今,通過在Wi-Fi網絡介質訪問控制(MAC)子層和物理層的創新,Merlin博士發明的協議和標準化方法,使得這些Wi-Fi網絡能夠更快、更可靠地支持全世界以無線方式進行連接、計算和溝通。

Merlin博士在意大利帕多瓦大學獲得電信工程碩士和博士學位,在完成博士學位之前,他還在伊利諾伊大學以訪問學者身份從事無線局域網技術研究。2007年他加入高通,在過去的14年間,他一直研究如何增強Wi-Fi性能。“研究過程中,我的基本想法始終是讓Wi-Fi更好、更快、更可靠,并且能夠支持更多用例。而隨著Wi-Fi部署越來越廣泛,相同區域內將有大量的Wi-Fi終端,要確保它們能夠良好地協同工作,并提高Wi-Fi吞吐量和可靠性,必然要對MAC和物理層協議做出很多改變。”Merlin博士解釋了自己一系列發明所試圖解決的問題,“為此,我們試圖考慮改進現有技術或開發全新技術,以改善吞吐量、可靠性、能耗或賦能新用例,然后設計協議和算法予以支持。例如,我們有圍繞協議的多項發明來支持多用戶MIMO,保障多個終端同時交換數據以提高網絡效率;又如射頻傳感,它不涉及數據通信,用途在于讓Wi-Fi像雷達一樣了解周圍正在發生的事情,這也是需要新協議的全新用例。”

如何協作開發新技術?Merlin博士有著自己獨到的見解。“通常,我們會首先試圖定義待解決的Wi-Fi相關基本問題,一旦得出待解決的Wi-Fi相關基本問題的明晰清單,我們就開始設計協議去解決問題。搜集和提煉想法的過程需要團隊協作,事實上,在設計的過程中,相當大的一部分時間都花在了團隊成員的頭腦風暴上。對于那些更有希望的想法,我們會進行評估,以確定它是否能夠帶來可觀的效益。一些協議需要標準化以支持跨終端互操作,這些協議會被拿到電氣電子工程師學會(IEEE)等標準化論壇,與其他公司進行討論。我們不僅與其他公司討論自己的提案,也會參與評估其他公司的提案,然后回頭不斷打磨我們自己的提案,最終形成一個可以讓大多數公司達成共識的提案。”改變世界的發明,就悄然誕生在這樣循環往復的思考、交流、打磨過程中。

如今,Merlin博士正在各種Wi-Fi技術原型及射頻傳感等前沿新領域繼續邁出探索步伐。“不斷學習并創造有用的新事物,是讓我最有滿足感的事情。在高通工作,讓我有機會站在技術的前沿,與眾多才華橫溢的同事一起發明可能被數百萬人使用的新技術。而回到家里,我也還會繼續帶著孩子做我的‘手工活兒’,希望能教會我的孩子一些動手技能——也許未來的某天,我的孩子還能造出智能玩具車呢。”Merlin博士笑道。



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