追求非易失技術(shù)的新境界
——專訪第八屆中國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國(guó)總決賽一等獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)“清華一隊(duì)”
研通社記者 雷彤
圖為項(xiàng)目成員合影。
寫(xiě)過(guò)課程論文的同學(xué)或許都有這樣的體驗(yàn)：當(dāng)你絞盡腦汁終于靈光一現(xiàn)奮筆疾書(shū)時(shí)，電腦突然斷電了，糟糕，文檔還沒(méi)保存呢，再次開(kāi)機(jī)，“智慧的火花”已經(jīng)“付諸東流”。怎么辦呢？別著急，清華大學(xué)電子系的科研團(tuán)隊(duì)正在朝著這一難題發(fā)起“攻堅(jiān)戰(zhàn)”。他們的階段性成果之一“基于非易失處理器的自供能體域傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)”項(xiàng)目也在前不久舉行的第八屆中國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國(guó)總決賽中獲得一等獎(jiǎng)的好成績(jī)。
圖為“基于非易失處理器的自供能體域傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)”項(xiàng)目展臺(tái)。
這個(gè)參賽團(tuán)隊(duì)包括清華大學(xué)電子系2009級(jí)直博研究生王逸群，2008級(jí)直博研究生孫憶南，2011級(jí)直碩研究生李雙辰。電子系的劉勇攀、羅嶸、楊華中三位老師對(duì)項(xiàng)目研發(fā)及比賽給予了悉心指導(dǎo)。團(tuán)隊(duì)還有個(gè)非常樸素的名字——“清華一隊(duì)”。
談成果：斷電后，數(shù)據(jù)HOLD住
“非易失”，這抽象的三個(gè)字看上去似乎是指“不容易失去”，沒(méi)錯(cuò)，這便是這項(xiàng)技術(shù)的核心：在突然失去能量的狀態(tài)下保持實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)。與“非易失”相對(duì)應(yīng)的是“易失”，“易失”意味著在切斷能源后，所有的數(shù)據(jù)都沒(méi)有了。
讓人容易聯(lián)想到的例子是電腦和手機(jī)。比如你正在用電腦寫(xiě)一篇論文或者用手機(jī)發(fā)一條短信，突然斷電了，再充電重啟，原先寫(xiě)作中的論文和編輯中的短信都會(huì)因?yàn)闆](méi)有保存而無(wú)法恢復(fù)。非易失技術(shù)意味著即使重啟，電腦和手機(jī)原先的工作狀態(tài)依然可以得到保持，寫(xiě)到一半的論文可以繼續(xù)寫(xiě)作，沒(méi)編輯完的短信也可以繼續(xù)編輯。
“這是你會(huì)直觀感受到的好處”，“清華一隊(duì)”的隊(duì)長(zhǎng)王逸群笑著說(shuō)，“正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，我們可以把非易失處理器用在供能條件復(fù)雜苛刻的環(huán)境中，例如，一些需要佩戴在人體身上隨時(shí)監(jiān)測(cè)體溫、生命指標(biāo)的便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品。它不需要電池，用手搖一搖，從人體和周圍環(huán)境中吸取一些能量來(lái)記錄數(shù)據(jù)，不搖了，能量斷了，但數(shù)據(jù)依然保持，然后再搖一搖，它又可以繼續(xù)記錄數(shù)據(jù)。”
這項(xiàng)技術(shù)因而也與當(dāng)今科學(xué)界的熱門話題——“能源問(wèn)題”——聯(lián)系在了一起。非易失傳感器的主要優(yōu)勢(shì)就在于首先它自身功耗非常低，僅靠收集環(huán)境能量就能工作，其次在沒(méi)有外部能量供應(yīng)的情況下，它也可以完全保持住實(shí)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)。這些特性非常適合用于傳感網(wǎng)應(yīng)用。這也是比賽項(xiàng)目中“自供能體域傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)”的意義所在。
關(guān)于非易失處理器的研究，在劉勇攀老師的提議及與其他幾位老師的討論下，自2010年9月起在三位同學(xué)所在的實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)始運(yùn)作，期間有多位同學(xué)都參與了該項(xiàng)目的研發(fā)。今年3月，在羅嶸老師的推薦下，三位同學(xué)又針對(duì)這項(xiàng)技術(shù)展開(kāi)了進(jìn)一步創(chuàng)新研究，針對(duì)“自供能體域傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)”進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，并將其做成展示度較高的科技成果，參加比賽。
“項(xiàng)目研發(fā)是一個(gè)不斷積累的長(zhǎng)期過(guò)程，比賽只是一個(gè)契機(jī)，推動(dòng)我們繼續(xù)挖掘項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)。其實(shí)我們參加這個(gè)比賽，目的并非拿獎(jiǎng)，而是希望借此機(jī)會(huì)將科研項(xiàng)目做得更完善，便于應(yīng)用推廣。在準(zhǔn)備比賽的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室的很多同學(xué)都給予了莫大的幫助”，王逸群謙虛地說(shuō)道，“拿到這個(gè)獎(jiǎng)，也算是為我們實(shí)驗(yàn)室獻(xiàn)禮！”
談比賽：很平靜，為清華人驕傲
談到成績(jī)，三位同學(xué)表現(xiàn)地異常平靜，在問(wèn)及“一等獎(jiǎng)”是否是意料之中時(shí)，他們卻都頗具默契地?fù)u了搖頭，“剛開(kāi)始，我們也很沒(méi)底，畢竟這是競(jìng)技性比賽”，孫憶南說(shuō)。清華大學(xué)在前七屆研究生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中都保持著“輝煌戰(zhàn)績(jī)”，這也給3位同學(xué)帶來(lái)一些壓力。
今年3月份起，隊(duì)員們正式投入比賽的準(zhǔn)備工作中。賽程分為初賽和決賽兩個(gè)階段。王逸群回憶到：“我們當(dāng)時(shí)感覺(jué)準(zhǔn)備并不充分，想著能進(jìn)決賽就好。” 在7月份的初賽中，他們?nèi)〉昧瞬凰椎某煽?jī)，這確實(shí)給整個(gè)團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了鼓勵(lì)。之后的決賽，于8月22日至24日在東南大學(xué)舉行。決賽第一天筆試，考察參賽隊(duì)員的基本理論知識(shí)，第二天作品答辯，第三天成果展覽及頒獎(jiǎng)，“第二天答辯完，我們就有底氣了”，王逸群笑著說(shuō)。
值得一提的是，全部參賽選手中，孫憶南、王逸群分別獲得了第一名和第二名的筆試成績(jī)，這充分反映了清華學(xué)生在專業(yè)知識(shí)上的實(shí)力。“清華大學(xué)自身的科技水平和創(chuàng)新實(shí)力都很強(qiáng)，清華的學(xué)生在外面展示一個(gè)東西，做一件事情的能力還是很強(qiáng)的”，王逸群驕傲地說(shuō)。三位同學(xué)也談到比賽中“代表清華，不能丟人”的心態(tài)，他們正是用自己的實(shí)際行動(dòng)證明了清華人的實(shí)力。
談收獲：做科研，解決BUG樂(lè)趣多
比賽的全過(guò)程也是一個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程。一項(xiàng)競(jìng)技性比賽，重視的不僅僅是項(xiàng)目在科研方面的學(xué)術(shù)價(jià)值，同樣重要的是項(xiàng)目的成果展示。如何把一項(xiàng)較為抽象的科研技術(shù)設(shè)計(jì)成具有可展示性的科研成果，隊(duì)員們費(fèi)盡腦汁，想了很多方案。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也難免會(huì)有各種各樣的bug（漏洞）涌現(xiàn)。
最終的項(xiàng)目展示，他們的研發(fā)成果在外觀上是一枚芯片，通過(guò)斷斷續(xù)續(xù)給它以光照能量，檢測(cè)它錄取數(shù)據(jù)的可靠性，從而反映其在能量中斷后保存實(shí)時(shí)狀態(tài)的能力。斷斷續(xù)續(xù)地供給能量，有時(shí)候頻率高了，芯片也可能“失靈”，在穩(wěn)定性上出現(xiàn)bug，每到這時(shí)候，團(tuán)隊(duì)成員們都要在硬件上調(diào)整電路、在軟件上調(diào)整程序，從而解決這些bug。被問(wèn)及調(diào)過(guò)多少次電路時(shí)，三位同學(xué)都感到很意外，“調(diào)電路沒(méi)有什么好稀奇的，當(dāng)然也不會(huì)專門去記次數(shù)，因?yàn)闇?zhǔn)備比賽的過(guò)程往往就是一個(gè)提高作品穩(wěn)定性的過(guò)程”，王逸群說(shuō)，“調(diào)電路就像我們的生活一樣平常，它是無(wú)止境的，多改進(jìn)，項(xiàng)目總會(huì)越來(lái)越好。”
談到比賽收獲，王逸群感慨到，無(wú)論做什么——研究、實(shí)驗(yàn)、比賽——其實(shí)都是一個(gè)處理bug的過(guò)程。理論上的探索與推導(dǎo)往往都是前期的積累過(guò)程，若要實(shí)現(xiàn)理論，就必須扎扎實(shí)實(shí)做實(shí)驗(yàn)，這樣才能將理論上的科研成果進(jìn)一步深化，在實(shí)踐上推廣，這一點(diǎn)對(duì)于工科科研，尤為重要。而這個(gè)處理bug的過(guò)程往往也是最有樂(lè)趣，最令人興奮的。“最好奇的是成果還沒(méi)做出來(lái)的時(shí)候！因而去想問(wèn)題的過(guò)程、去設(shè)計(jì)的過(guò)程是最有意思的。這就像寫(xiě)劇本，寫(xiě)小說(shuō)，很爽”，王逸群說(shuō)。孫憶南也笑著說(shuō)：“調(diào)電路完全是愛(ài)好啊。”這句話逗樂(lè)了所有人，王逸群調(diào)侃道，“憶南師兄的一大娛樂(lè)活動(dòng)就是調(diào)電路。”
談經(jīng)驗(yàn)：務(wù)實(shí)、交流、快樂(lè)科研
采訪的最后，三位隊(duì)員也不忘分享一些自己關(guān)于科研，關(guān)于比賽的經(jīng)驗(yàn)及想法。一直沉默但卻總是面帶微笑的李雙辰最先說(shuō)，“做科研，更多要做實(shí)事。理論與實(shí)踐相結(jié)合。在科研方法上應(yīng)當(dāng)多貼近實(shí)際，多務(wù)實(shí)。” 王逸群接著說(shuō)，“持續(xù)不斷的探索因素對(duì)于科研更為重要。科研不是耍點(diǎn)小聰明就可以完成的事，它是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，你必須沉得下心來(lái)。那些著名學(xué)者，之所以能有好的科研成果，也都經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期的研究過(guò)程。” 孫憶南最后補(bǔ)充說(shuō)：“科研，還需要熱情與興趣。在科研的過(guò)程中，有樂(lè)趣才能堅(jiān)持下來(lái)，過(guò)程中的樂(lè)趣有時(shí)更大于成果帶來(lái)的快感。”
談到對(duì)師弟師妹們的建議，王逸群特別提到交流在科研中的重要性。“希望大家能把視野放寬，盡量走出去，不要總是鉆在自己狹小的圈子里。因?yàn)楹芏喃@得idea（靈感）的方式都是你在聽(tīng)故事的過(guò)程中產(chǎn)生的。在工科方面，不同同學(xué)之間，不同的實(shí)驗(yàn)室之間在有條件的情況下要盡量多溝通，多學(xué)習(xí)，多交流。挖一個(gè)坑自己去鉆研，當(dāng)然是你必須去做的事，但不能一天到晚都埋頭在自己的坑里，也要有勇氣去接受新的東西，新的觀念，這樣你才能把科研的熱情維持下去。” 其實(shí)，“清華一隊(duì)”參賽的過(guò)程就是一個(gè)團(tuán)隊(duì)成員相互交流，彼此分享的過(guò)程，年紀(jì)最小的李雙辰也談到自己從兩位師兄身上學(xué)到很多。
比賽已經(jīng)結(jié)束，三位隊(duì)員的科研之路仍在繼續(xù)。被問(wèn)及未來(lái)規(guī)劃時(shí)，隊(duì)長(zhǎng)王逸群自信地說(shuō)：“我們?cè)谛酒矫孢€會(huì)做更成熟的版本，也會(huì)在這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用方面做更多的拓展。” 實(shí)際上，非易失技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)大量應(yīng)用于常見(jiàn)的存儲(chǔ)器中，如U盤、SD卡等。在未來(lái)，它會(huì)越來(lái)越多地融入電腦、手機(jī)的處理器中。今后的某一天，不插電手機(jī)，不插電電腦將不再是一個(gè)神話。
記者手記
“非易失處理器”，一個(gè)聽(tīng)上去深?yuàn)W無(wú)趣的工科專有名詞，再加上“自供能體域傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)”，oh no！我的大腦瞬間凌亂。但在三位工科師兄的努力闡釋下，它們竟與我天馬行空的思維發(fā)生了奇妙的化學(xué)作用，“原來(lái)，這件看似復(fù)雜的事情與我們的生活是如此相關(guān)！”我一邊采訪一邊深深地感慨著。
科學(xué)本身就與我們的生活息息相關(guān)——自然科學(xué)、人文科學(xué)、社會(huì)科學(xué)——把它們串聯(lián)起來(lái)的正是人類的生活，我們有共同的生活，怎么就不會(huì)有共通的科學(xué)？于是，關(guān)于科學(xué)研究的方法，不同的學(xué)科之間其實(shí)都可以共享。文科，理科，工科，雖然他們研究的對(duì)象不同，但在研究方法上，卻可以彼此借鑒，相互交融。三位師兄對(duì)于科研的經(jīng)驗(yàn)感受也出乎意料地讓我對(duì)自己的法學(xué)專業(yè)在科研上萌生了“智慧的火花”。所以，要多交流，多嘗試，接觸不同的學(xué)科，不同的人，你會(huì)收獲一個(gè)新的視角，甚至像我一樣，收獲一次奇妙的發(fā)現(xiàn)之旅。
更令我意外的是三位師兄廣泛的興趣愛(ài)好，這完全顛覆了我對(duì)工科生的印象。逸群師兄熱愛(ài)攝影，雙辰師兄熱愛(ài)運(yùn)動(dòng)，而憶南師兄熱愛(ài)電子，他還是清華大學(xué)學(xué)生業(yè)余無(wú)線電協(xié)會(huì)的前任會(huì)長(zhǎng)及現(xiàn)任顧問(wèn)。三位都是對(duì)生活抱有快樂(lè)之心的人，正如題目所揭示的那樣——過(guò)程就是樂(lè)趣——對(duì)他們而言，科研的過(guò)程是樂(lè)趣;對(duì)我而言，采訪的過(guò)程是樂(lè)趣;而對(duì)正在閱讀這篇專訪的你們而言，我非常希望，閱讀的過(guò)程更是樂(lè)趣！
編輯：襄樺
