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中國工程院院士張平:6G技術(shù)預計將在人工智能、確定性時延和通感一體化等方面實現(xiàn)突破

每日經(jīng)濟新聞 2024-12-09 03:51:33

每經(jīng)記者 張蕊    每經(jīng)編輯 陳星    

數(shù)字化浪潮下,通信技術(shù)如同血脈貫穿現(xiàn)代社會的每個角落。隨著5G技術(shù)在全球鋪開,我們將目光投向未來——6G技術(shù)將如何重塑世界?

在這一領(lǐng)域,中國工程院院士,北京郵電大學教授、網(wǎng)絡與交換技術(shù)全國重點實驗室主任、國家5G及6G總體專家組專家張平,以其深厚的學術(shù)底蘊和前瞻性視野,成為我們探索未來通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵人物。

作為移動通信領(lǐng)域的權(quán)威專家,張平院士長期致力于移動通信理論研究和技術(shù)創(chuàng)新,為中國自主技術(shù)躋身國際主流作出基礎(chǔ)性貢獻。他的研究成果填補了相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)空白,也為他贏得了國家科學技術(shù)進步獎特等獎、一等獎以及多項國家技術(shù)發(fā)明獎和科學技術(shù)進步獎。

不久前,我國自主搭建的國際首個通信與智能融合的6G外場試驗網(wǎng),驗證了4G、5G鏈路具備6G傳輸能力的可行性,標志著我國在6G通信領(lǐng)域的研究和實踐進入新階段。該項目便是由張平院士帶領(lǐng)團隊完成的。

近日,張平院士接受了《每日經(jīng)濟新聞》記者(以下簡稱NBD)專訪。在采訪中,張平肯定了我國5G建設(shè)取得的成果,不過他也指出,5G技術(shù)雖然帶來了帶寬的顯著提升,但在應用深度方面并未完全達到預期。面對這些挑戰(zhàn),6G技術(shù)被寄予厚望,預計將在人工智能、確定性時延和通感一體化等方面實現(xiàn)突破,引領(lǐng)我們進入一個智能化、泛在化的新紀元。

人工智能與通信技術(shù)融合是6G技術(shù)研究重要內(nèi)容

NBD:您如何評價當前5G技術(shù)的全球部署情況,它為6G技術(shù)的發(fā)展奠定了怎樣的基礎(chǔ)?

張平:全球5G技術(shù)的部署在幾年前就開始了,各國紛紛響應,尤其是工業(yè)化國家,我國在其中表現(xiàn)尤為突出。目前我國在全球部署的5G基站數(shù)量占比超過60%,且已積累了數(shù)億用戶,大家也明顯感知到5G技術(shù)的便利性。

在討論5G時,必然要提及4G。在4G時代,技術(shù)主要針對的是人與人之間的通信,簡而言之,帶寬越寬越好。但是隨著5G的到來,我們發(fā)現(xiàn)僅僅針對人的通信已經(jīng)不夠了,因此5G轉(zhuǎn)變?yōu)橹С治锱c物之間、人與物之間的通信。但是經(jīng)過一段時間的發(fā)展,5G在廣連接、低時延和高可靠性方面的表現(xiàn)并未達到最初的預期,特別是在固定時延技術(shù)方面的突破尚未達到預期水平。因此,在制造業(yè)等領(lǐng)域,5G的表現(xiàn)并不盡如人意。人們認為5G相較于4G并沒有實現(xiàn)重大突破,也沒有為用戶帶來質(zhì)的變化。

盡管用戶享受到了更寬的帶寬,但并沒有出現(xiàn)新的“殺手級”應用。例如,我們曾預期5G的“殺手級”應用可能出現(xiàn)在AR和VR領(lǐng)域,但由于手機等終端設(shè)備的限制,需要佩戴大型眼鏡或頭罩才能體驗動態(tài)虛擬影像,而目前尚未出現(xiàn)特別便利的終端設(shè)備。因此,總體而言,5G技術(shù)仍在發(fā)展之中,并未如預期那樣產(chǎn)生“殺手級”應用,對工業(yè)等領(lǐng)域帶來革命性的影響,這也是我們要發(fā)展6G技術(shù)的原因。

在6G技術(shù)的發(fā)展初期,我們就充分認識到了5G的不足。例如,除了通信技術(shù)外,我們還需要發(fā)展感知技術(shù),實現(xiàn)通感一體化。同時,我們也需要注重固定時延等技術(shù),從網(wǎng)絡層面創(chuàng)新。此外,6G還要引入人工智能技術(shù),通過通信技術(shù)能夠使人工智能更加泛在,這些都是我們未來發(fā)展的方向。因此,與5G相比,6G將朝著更加智能化的方向發(fā)展。如果說4G僅針對人與人之間的通信,5G是實現(xiàn)人、機、物之間的通信,那么6G將使智能更加泛在,這在概念上的區(qū)別還是比較大的。

NBD:對于當前5G技術(shù)在網(wǎng)絡覆蓋和應用深度上的不足,6G技術(shù)能否解決這些問題?

張平:在6G技術(shù)的發(fā)展中,我們已充分認識到這些需求的變化,并有針對性地進行了新的需求定義。網(wǎng)絡的發(fā)展始終以需求為首要考量。過去的需求主要針對人,而人的需求具有普遍性。我們現(xiàn)在面臨的是機器與機器之間,或不同設(shè)備、不同工廠之間的通信,它們的需求各不相同。每個工廠、每種設(shè)備的通信需求及通信技術(shù)解決方案都不一樣。因此,使用單一技術(shù)解決統(tǒng)一需求變得不再可行,供給方和需求方之間存在著矛盾。

這表現(xiàn)在需求方本身也在發(fā)生變化,過去的需求方主要是運營商,而現(xiàn)在需求方已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器和制造工廠,運營商的角色從需求方轉(zhuǎn)變?yōu)楣┙o方。這些變化需要我們通過技術(shù)手段來解決,最主要的就是要引入人工智能。將人工智能與通信技術(shù)真正融合,是未來6G技術(shù)研究的重要內(nèi)容。

未來人工智能會朝著具身人工智能方向發(fā)展

NBD:您怎么看待人工智能在6G技術(shù)中的應用前景?

張平:我們要從兩個方面來審視這一問題。一方面是我們把過去依賴統(tǒng)計概率,即信息論的方法來設(shè)計通信系統(tǒng),以實現(xiàn)通信系統(tǒng)中某個模塊性能最優(yōu)的方法改為用現(xiàn)有的人工智能的技術(shù)來解決6G系統(tǒng)的設(shè)計問題,如機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡和深度學習等。這相當于將通信系統(tǒng)變?yōu)橐粋€黑箱,通過模型訓練來實現(xiàn)最佳性能,這就是方法論的轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變相對簡單。

另一方面,還存在一個認識論上的轉(zhuǎn)變。方法論的轉(zhuǎn)變并不意味著我們過去的做法是錯誤的。實際上,按照傳統(tǒng)方法設(shè)計的通信系統(tǒng)也很好。即使6G技術(shù)繼續(xù)沿用傳統(tǒng)方法,也是可行的。是否采用機器學習、數(shù)據(jù)訓練等人工智能方法,本質(zhì)上區(qū)別不大,因為它們帶來的增益沒有太大差別。

但從認識論的角度來看,我們需要思考通信技術(shù)能為人工智能解決哪些問題。這里就涉及具身人工智能的概念,即將人工智能與人類信息系統(tǒng)在大腦中的傳遞結(jié)合起來。舉個簡單的例子,人類通過感知器官來感知外界,感知后進行認知,然后將認知通過神經(jīng)網(wǎng)絡傳輸給大腦。大腦對這些信息進行加工處理,最終將感知到的信息轉(zhuǎn)化為行動。我認為未來的人工智能應該朝著具身人工智能的方向發(fā)展。

具身人工智能應該是類似于人類信息系統(tǒng)的人工智能,我們需要讓機器充分掌握人類的能力,讓機器也具有“意識”。人類的意識實際上是一個從小培養(yǎng)學習的過程,最終能夠?qū)λ惺虑樽龀鲋悄芘袛?。機器也應該具備這種能力,因此大模型等技術(shù)也可以在其中發(fā)揮作用。

但大模型實際上是與通信完全不同的概念,它依賴于算力堆疊,功耗很大,成本很高。機器需要大量的電能和算力來運作。而通信技術(shù)強調(diào)成本和功耗,如果考慮這些因素,產(chǎn)品將無法銷售。

如果大模型能夠解決對人腦神經(jīng)元或腦力構(gòu)造的問題,未來我們可能會更多地構(gòu)建分布式的、類似于人類的智能。這種結(jié)合才會有效。而且這種結(jié)合并不是簡單地將大模型與通信技術(shù)結(jié)合起來,可能還需要做更多的工作。比如通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來進行感知,通過語義提取來進行認知,提取出最佳信息,而且這種提取對通信的要求并不高。過去,我們可能需要對通信的每個符號進行特別準確可靠的傳遞,但現(xiàn)在即使有錯誤也無妨,只要不把關(guān)鍵信息傳遞錯即可。因此,這可能是一種更好的認知方法。

人工智能是解決帶寬與功耗矛盾的拐點技術(shù)

NBD:您曾提到,6G技術(shù)將面臨幾大挑戰(zhàn),其中通信與AI的融合是關(guān)鍵難題,為什么?

張平:當前通信技術(shù)也面臨一個很大的挑戰(zhàn),就是功耗問題。根據(jù)香農(nóng)定理,隨著帶寬增加,功耗消耗也隨之增大,二者之間存在明顯的矛盾。我們既需要寬帶,又需要低功耗,這在香農(nóng)的理論框架內(nèi)是無法解決的。我們必須想辦法從認識論上把它克服。

克服這一矛盾的關(guān)鍵在于如何利用具身的人工智能。具身的人工智能是我們所找到的一個拐點技術(shù)。這種拐點技術(shù)意味著我們不能單純追求帶寬的無限擴展,而是在傳輸過程中,需要對我們所獲得的知識先進行認知,將注意力集中在我們所需要的重點上。

比如在編碼方面,我們可能不會對所有傳遞的符號進行一視同仁的編碼,對于關(guān)鍵和重點部分,其可靠性要求更高,確保不能出錯;而對于不重要的部分,即使出錯也無關(guān)大局。對于機器來說,其通信需求與人類完全不同,機器只需要理解機器所需的信息,而非人類理解的信息。因此,6G未來面臨的主要挑戰(zhàn)可能就在這里。

據(jù)我所知,運營商最關(guān)心的問題一是系統(tǒng)的開放性,二是如何降低功耗。目前5G的功耗已經(jīng)很大,我們提供的5G服務尚未達到功耗的峰值。如果未來AR和VR技術(shù)得到更好的發(fā)展,功耗將會更大。我們目前正在與企業(yè)合作,努力解決功耗問題。將注意力集中在我們真正需要的地方,這樣功耗將會降低,這從理論上已經(jīng)證明,它的拐點將會在6G上體現(xiàn)出來。當然,這也需要產(chǎn)業(yè)界、運營商等各方達成共識。但總體趨勢就是這樣,正如我剛才所講,矛盾就擺在那里,如果繼續(xù)沿著傳統(tǒng)通信的路線走下去是行不通的,我們必須轉(zhuǎn)向,不能繼續(xù)沿著香農(nóng)的延長線一味做下去,因為那樣會導致功耗越來越大。

5G與6G之間的界限不再“涇渭分明”

NBD:6G技術(shù)的發(fā)展對5G網(wǎng)絡的演進會有什么影響?您如何看待5G與6G之間的協(xié)同發(fā)展?

張平:目前5G的發(fā)展已經(jīng)到了一個關(guān)鍵期。我剛才講需求正在發(fā)生變化,同時,5G對人工智能的引入在6G也需要持續(xù)推進。實際上,感知是人工智能的第一步,首先感知外界,其次對其進行認知,然后再由大模型構(gòu)成的大腦進行思考、學習和交互。因此,感知是最為重要的一環(huán)。過去我們只講通信,現(xiàn)在我們將感知也加進來了,也就是通感一體化。

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