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追求非易失技术的新境界

——专访第八届中国研究生电子设计竞赛全国总决赛一等奖团队“清华一队”

研通社记者 雷彤

图为项目成员合影。

  写过课程论文的同学或许都有这样的体验:当你绞尽脑汁终于灵光一现奋笔疾书时,电脑突然断电了,糟糕,文档还没保存呢,再次开机,“智慧的火花”已经“付诸东流”。怎么办呢?别着急,清华大学电子系的科研团队正在朝着这一难题发起“攻坚战”。他们的阶段性成果之一“基于非易失处理器的自供能体域传感网节点”项目也在前不久举行的第八届中国研究生电子设计竞赛全国总决赛中获得一等奖的好成绩。

图为“基于非易失处理器的自供能体域传感网节点”项目展台。

  这个参赛团队包括清华大学电子系2009级直博研究生王逸群,2008级直博研究生孙忆南,2011级直硕研究生李双辰。电子系的刘勇攀、罗嵘、杨华中三位老师对项目研发及比赛给予了悉心指导。团队还有个非常朴素的名字——“清华一队”。

谈成果:断电后,数据HOLD住

  “非易失”,这抽象的三个字看上去似乎是指“不容易失去”,没错,这便是这项技术的核心:在突然失去能量的状态下保持实时的运行状态及数据。与“非易失”相对应的是“易失”,“易失”意味着在切断能源后,所有的数据都没有了。

  让人容易联想到的例子是电脑和手机。比如你正在用电脑写一篇论文或者用手机发一条短信,突然断电了,再充电重启,原先写作中的论文和编辑中的短信都会因为没有保存而无法恢复。非易失技术意味着即使重启,电脑和手机原先的工作状态依然可以得到保持,写到一半的论文可以继续写作,没编辑完的短信也可以继续编辑。

  “这是你会直观感受到的好处”,“清华一队”的队长王逸群笑着说,“正是因为这一点,我们可以把非易失处理器用在供能条件复杂苛刻的环境中,例如,一些需要佩戴在人体身上随时监测体温、生命指标的便携式医疗电子产品。它不需要电池,用手摇一摇,从人体和周围环境中吸取一些能量来记录数据,不摇了,能量断了,但数据依然保持,然后再摇一摇,它又可以继续记录数据。”

  这项技术因而也与当今科学界的热门话题——“能源问题”——联系在了一起。非易失传感器的主要优势就在于首先它自身功耗非常低,仅靠收集环境能量就能工作,其次在没有外部能量供应的情况下,它也可以完全保持住实时系统状态。这些特性非常适合用于传感网应用。这也是比赛项目中“自供能体域传感网节点”的意义所在。

  关于非易失处理器的研究,在刘勇攀老师的提议及与其他几位老师的讨论下,自2010年9月起在三位同学所在的实验室中开始运作,期间有多位同学都参与了该项目的研发。今年3月,在罗嵘老师的推荐下,三位同学又针对这项技术展开了进一步创新研究,针对“自供能体域传感网节点”进行技术攻关,并将其做成展示度较高的科技成果,参加比赛。

  “项目研发是一个不断积累的长期过程,比赛只是一个契机,推动我们继续挖掘项目的创新点。其实我们参加这个比赛,目的并非拿奖,而是希望借此机会将科研项目做得更完善,便于应用推广。在准备比赛的过程中,实验室的很多同学都给予了莫大的帮助”,王逸群谦虚地说道,“拿到这个奖,也算是为我们实验室献礼!”

谈比赛:很平静,为清华人骄傲

  谈到成绩,三位同学表现地异常平静,在问及“一等奖”是否是意料之中时,他们却都颇具默契地摇了摇头,“刚开始,我们也很没底,毕竟这是竞技性比赛”,孙忆南说。清华大学在前七届研究生电子设计竞赛中都保持着“辉煌战绩”,这也给3位同学带来一些压力。

  今年3月份起,队员们正式投入比赛的准备工作中。赛程分为初赛和决赛两个阶段。王逸群回忆到:“我们当时感觉准备并不充分,想着能进决赛就好。” 在7月份的初赛中,他们取得了不俗的成绩,这确实给整个团队带来了鼓励。之后的决赛,于8月22日至24日在东南大学举行。决赛第一天笔试,考察参赛队员的基本理论知识,第二天作品答辩,第三天成果展览及颁奖,“第二天答辩完,我们就有底气了”,王逸群笑着说。

  值得一提的是,全部参赛选手中,孙忆南、王逸群分别获得了第一名和第二名的笔试成绩,这充分反映了清华学生在专业知识上的实力。“清华大学自身的科技水平和创新实力都很强,清华的学生在外面展示一个东西,做一件事情的能力还是很强的”,王逸群骄傲地说。三位同学也谈到比赛中“代表清华,不能丢人”的心态,他们正是用自己的实际行动证明了清华人的实力。

谈收获:做科研,解决BUG乐趣多

  比赛的全过程也是一个设计的过程。一项竞技性比赛,重视的不仅仅是项目在科研方面的学术价值,同样重要的是项目的成果展示。如何把一项较为抽象的科研技术设计成具有可展示性的科研成果,队员们费尽脑汁,想了很多方案。在设计的过程中,也难免会有各种各样的bug(漏洞)涌现。

  最终的项目展示,他们的研发成果在外观上是一枚芯片,通过断断续续给它以光照能量,检测它录取数据的可靠性,从而反映其在能量中断后保存实时状态的能力。断断续续地供给能量,有时候频率高了,芯片也可能“失灵”,在稳定性上出现bug,每到这时候,团队成员们都要在硬件上调整电路、在软件上调整程序,从而解决这些bug。被问及调过多少次电路时,三位同学都感到很意外,“调电路没有什么好稀奇的,当然也不会专门去记次数,因为准备比赛的过程往往就是一个提高作品稳定性的过程”,王逸群说,“调电路就像我们的生活一样平常,它是无止境的,多改进,项目总会越来越好。”

  谈到比赛收获,王逸群感慨到,无论做什么——研究、实验、比赛——其实都是一个处理bug的过程。理论上的探索与推导往往都是前期的积累过程,若要实现理论,就必须扎扎实实做实验,这样才能将理论上的科研成果进一步深化,在实践上推广,这一点对于工科科研,尤为重要。而这个处理bug的过程往往也是最有乐趣,最令人兴奋的。“最好奇的是成果还没做出来的时候!因而去想问题的过程、去设计的过程是最有意思的。这就像写剧本,写小说,很爽”,王逸群说。孙忆南也笑着说:“调电路完全是爱好啊。”这句话逗乐了所有人,王逸群调侃道,“忆南师兄的一大娱乐活动就是调电路。”

谈经验:务实、交流、快乐科研

  采访的最后,三位队员也不忘分享一些自己关于科研,关于比赛的经验及想法。一直沉默但却总是面带微笑的李双辰最先说,“做科研,更多要做实事。理论与实践相结合。在科研方法上应当多贴近实际,多务实。” 王逸群接着说,“持续不断的探索因素对于科研更为重要。科研不是耍点小聪明就可以完成的事,它是一个长期的过程,你必须沉得下心来。那些著名学者,之所以能有好的科研成果,也都经历了一个长期的研究过程。” 孙忆南最后补充说:“科研,还需要热情与兴趣。在科研的过程中,有乐趣才能坚持下来,过程中的乐趣有时更大于成果带来的快感。”

  谈到对师弟师妹们的建议,王逸群特别提到交流在科研中的重要性。“希望大家能把视野放宽,尽量走出去,不要总是钻在自己狭小的圈子里。因为很多获得idea(灵感)的方式都是你在听故事的过程中产生的。在工科方面,不同同学之间,不同的实验室之间在有条件的情况下要尽量多沟通,多学习,多交流。挖一个坑自己去钻研,当然是你必须去做的事,但不能一天到晚都埋头在自己的坑里,也要有勇气去接受新的东西,新的观念,这样你才能把科研的热情维持下去。” 其实,“清华一队”参赛的过程就是一个团队成员相互交流,彼此分享的过程,年纪最小的李双辰也谈到自己从两位师兄身上学到很多。

  比赛已经结束,三位队员的科研之路仍在继续。被问及未来规划时,队长王逸群自信地说:“我们在芯片方面还会做更成熟的版本,也会在这项技术的应用方面做更多的拓展。” 实际上,非易失技术现在已经大量应用于常见的存储器中,如U盘、SD卡等。在未来,它会越来越多地融入电脑、手机的处理器中。今后的某一天,不插电手机,不插电电脑将不再是一个神话。  

  记者手记

  “非易失处理器”,一个听上去深奥无趣的工科专有名词,再加上“自供能体域传感网节点”,oh no!我的大脑瞬间凌乱。但在三位工科师兄的努力阐释下,它们竟与我天马行空的思维发生了奇妙的化学作用,“原来,这件看似复杂的事情与我们的生活是如此相关!”我一边采访一边深深地感慨着。

  科学本身就与我们的生活息息相关——自然科学、人文科学、社会科学——把它们串联起来的正是人类的生活,我们有共同的生活,怎么就不会有共通的科学?于是,关于科学研究的方法,不同的学科之间其实都可以共享。文科,理科,工科,虽然他们研究的对象不同,但在研究方法上,却可以彼此借鉴,相互交融。三位师兄对于科研的经验感受也出乎意料地让我对自己的法学专业在科研上萌生了“智慧的火花”。所以,要多交流,多尝试,接触不同的学科,不同的人,你会收获一个新的视角,甚至像我一样,收获一次奇妙的发现之旅。

  更令我意外的是三位师兄广泛的兴趣爱好,这完全颠覆了我对工科生的印象。逸群师兄热爱摄影,双辰师兄热爱运动,而忆南师兄热爱电子,他还是清华大学学生业余无线电协会的前任会长及现任顾问。三位都是对生活抱有快乐之心的人,正如题目所揭示的那样——过程就是乐趣——对他们而言,科研的过程是乐趣;对我而言,采访的过程是乐趣;而对正在阅读这篇专访的你们而言,我非常希望,阅读的过程更是乐趣!

编辑:襄桦

 

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2012-10-23 15:43:30]
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