華為5G的秘密原來掌握在一個土耳其人的手中？！

“我們可能了解過去，但無法控制它；我們可能會控制未來，但對此一無所知?！?/p>

本文轉載自公眾號：大數據文摘（ID：BigDataDigest），劉俊寰、段越編譯

“七月的深圳，天氣很熱，樹木生機盎然……”

在2018年的視頻中，華為以上個世紀60年代的教育影片風格記錄了一次企業活動。

這次活動的舉辦地點在華為深圳坂田總部的“三角地”，這是華為接待最尊貴客人的地方。

7月26日，華為高管紛紛聚集于此。當天，華為創始人兼首席執行官任正非身穿天藍色西裝外套和白色卡其褲，在一段嚴肅的發言之后，他登上領獎臺，把一塊沙拉盤大小的帶框金牌授予了一位土耳其人。

這位土耳其人不是世界領袖、億萬富翁，也不是戰爭英雄，甚至，他的名字對很多人來說都十分陌生。整場活動，他都一直僵硬地坐在凳子上，穿著不合身的西裝，看上去就是一個吃瓜群眾，然后，他就登上了領獎臺，接受著世界的注目。

這位土耳其學者名叫ErdalAr?kan。

說到ErdalAr?kan，可能很多人還不是很熟悉，但是一提到5G，相信已經無需贅述，隨著蘋果姍姍來遲地推出支持5G的iPhone12系列，越來越多的人已經用上了5G套餐。

而華為5G的秘密，正是來自于ErdalAr?kan。

十年前，ErdalAr?kan在信息論領域取得了重大發現，華為從中摘取了理論性的突破之處，并投以投資巨額和頂尖的工程人才，試圖將這個理論落地成具有商業價值的東西。經過了多年的努力，以及必要的談判，如今，這項技術以5G的面貌呈現在了世人面前。

過去30年間，華為在世界的崛起被普遍視為中國在科技創新領域的重大突破，或許，再也不會有任何一家公司在國內受到熱烈追捧的同時，在美國遭遇如此重大的滑鐵盧：5G發展受阻、芯片斷供，到最近榮耀系列被剝離。

即使華為擁有世界上最強大的技術力量之一，也從不吝惜在科研上的資金投入，但是歐美國家的同行對華為的認可程度似乎一直不怎么高。

好在，華為一直在以自己的方式解決這些問題。當任正非把這塊法國造幣廠制作的純金獎牌交給ErdalAr?kan時，仿佛他也在戳西方同行的眼睛。

現在，我們也是時候深入了解一下ErdalAr?kan和他的極化碼了。

“學信息論，我就是要去MIT”

ErdalAr?kan于1958年出生，在土耳其西部長大，是一名醫生和家庭主婦的兒子。

他熱愛科學，十幾歲時，他的父親說，在他的職業中，二加二并不總是等于四。Ar?kan對父親的這個說法深感困惑，長大后，他決定不從事醫學行業，轉而去工程學尋求數字精確化帶來的安慰和確定，“我喜歡精確的東西”，“結果總是在你的意料之中”。

懷著這樣的熱情，Ar?kan進入了中東技術大學的電氣工程專業。但在1977年，也就是他剛入學的第一年，該校因種種原因遭到了學生們的強烈抵制。在這樣的環境下，Ar?kan憑借著出色的成績轉學到了加利福尼亞州帕薩迪納市的全球頂尖的科學機構之一CalTech，在入學的前幾天，他參加了一場由傳奇物理學家費曼主持的介紹會，“這種感覺就像被圣人祝福了一樣”。

在CalTech學習期間，Ar?kan全身心地投入到了課程中，尤其是信息論。當時，這個領域還很年輕，距離Claude Shannon正式創立才過去不到30年。

香農的成就是了解如何量化模糊的信息概念，從而創建了一門擴展通信和數據存儲視野的學科。通過發布一種通用的信息數學理論，香農為互聯網、移動通信以及數字時代的其他一切奠定了基礎。

信息論的相關研究一直吸引著Ar?kan，在CalTech完成了學業后，他決定前往MIT繼續進行信息論的研究，至于原因，Ar?kan說：“因為Bob Gallager在那兒。”

“如果要做信息理論，MIT才是我應該去的地方。”

1981年，Ar?kan到達MIT時時，Gallager轉移了工作重心，開始專注于數據網絡的運作方式。Ar?kan第一次去Gallager辦公室時，他緊張到發抖。Gallager給了他一篇關于分組無線電網絡的論文。“我正在推動其從信息理論轉向研究網絡問題，”Gallager說，“這對于每個人來說都變得日漸明顯，從一個地方到另一個地方發送數據并不是全部內容，你確實必須擁有一個系統。”

第二年，Ar?kan開始致力于學習網絡，但他從未放棄對信息科學的熱情。在學習信息科學的過程中，他最大的困擾是如何解決香農在他1948年的論文中闡明的問題：如何在高速準確地傳輸信息的同時，克服在移動所有這些位元的過程中所引入的不可避免的“噪音”，也就是說，保證信息不被改變。

該問題被稱為通道容量（channel capacity），根據香農的說法，每個通信通道都有一種可靠地傳輸信息的速度限制，迄今尚未達到的理論邊界稱為香農極限（香農 limit）。

Gallager在職業生涯的早期就曾挑戰過香農極限，他也十分接近于香農極限。Gallager的理論方法是被稱為低密度奇偶校驗碼（LDPC），這是一種實時糾正錯誤的高速方法。盡管LDPC的數學方法具有創新性，但Gallager了解到，這在商業上是不可行的。

如今，Gallager表示：“對于所需的邏輯操作而言，這太復雜了。”Gallager和MIT的同事們都認為，他們已經盡可能接近了香農極限。就在Gallager準備繼續往前推進研究的時候，時間往前推進到80年代，人們對信息論的熱情逐漸減弱了。

但Ar?kan是一個例外，他仍然對香農極限抱有極大的熱情。在他研究Gallager讓他研究的網絡問題的論文時，他抓住了其中的糾錯內容，“當進行糾錯編碼時，其實也就是在研究香農理論”。

1986年，Ar?kan完成了他的博士學位論文，在伊利諾伊大學短暫停留了一段時間之后，他回到土耳其，加入了土耳其的第一家私人非營利性研究機構比爾肯特大學。在比爾肯特大學任職期間，Ar?kan建立了工程學院，除了日常授課和發表論文外，該校也始終允許他繼續研究香農極限問題。

“最優秀的人才在美國，但是他們為什么不在同一問題上持續工作10年，甚至20年呢？”他感到疑惑，“因為他們將無法獲得任期，他們將無法獲得研究經費”。與其以微小的步伐推進他的領域，Ar?kan決意進行一項艱巨的任務，當時他可能沒想到，這將會成為他未來20年的主要工作。

提出跨時代的極化碼，卻沒有心思去申請專利？

誰也沒能想到，1965年俄羅斯信息科學家在一篇長達三頁的簡報中提出的問題，成為了Ar?kan實現突破的關鍵。

2005年12月，Ar?kan重新構造了這個問題，“關鍵是著眼于那些存在悖論的地方，這就像冰山一角，如果發現了任何有異議之處，詳細查看和研究，就有可能在下面找到一個寶庫”。

Ar?kan的目標，也就是對香農極限的挑戰，就是以最快的速度在嘈雜的信道上準確地傳輸信息，最關鍵在于如何做到準確。

當然，如果你對準確性問題不那么關心，那自然會自由許多。但是，如果寄件人和收件人希望能保持信息和數據的一致性，就必須在其中插入一些冗余。這使收件人可以交叉檢查郵件以確保準確性。但是問題是，過多的交叉檢查會減慢傳輸的速度。

這被稱為信道編碼問題（channel coding problem），噪聲量越大，就需要更多的冗余來保護消息，但同時冗余越多，傳輸速率就越慢。編碼問題試圖克服這種權衡，找到方法以最快的速度實現信息的準確傳輸，最佳速率就是香農極限。

Ar?kan的解決方案是，通過“通道極化（channel polarization）”，創建一個近乎完美的通道。噪音會從一個通道轉移到同一通道的副本，以創建更干凈和更臟的副本。經過一系列遞歸的步驟之后，Ar?kan得到了兩組信道，其中一組噪聲很大，另一組幾乎無噪聲。從理論上講，清除噪聲的通道達到了香農極限。

Ar?kan稱這個解決方案為極化碼（polar codes），就好像是噪音被驅逐到了北極，從而實現在南極的高效率通信。

在那之后，Ar?kan再花了兩年時間完善細節。他知道，香農發表有關信息論的論文前，并沒有告訴實驗室的任何人，“香農從未提到過信息論，他一直在秘密工作”，這也成了Ar?kan的日常。“我很高興知道世界上沒有其他人在研究這個問題，這畢竟不是一個熱門話題”。

2008年，也就是Ar?kan首次實現他的突破性成就后的第三年，Ar?kan終于投稿了他的作品。其實多年來，Ar?kan一直都了解這項發現的重要性。多年來，每當Ar?kan旅行時，他都會將未出版的手稿留在兩個信封中，上面寫著“給我信任的頂級同事”，并讓他們把信封寄出，“如果我不回來的話”。

2009年，該領域的頂級期刊《IEEE Transactions on Information Theory》發表了Ar?kan的論文，不過，這并沒有使Ar?kan變得家喻戶曉，但是在信息論的小團體中，極化碼足以引起不小的轟動。

盡管Ar?kan為自己的成就感到無比自豪，但他并不認為極化碼具有實用價值。這只是一種理論上的解決方案，即使實施，也似乎不可能兼容糾錯碼（error-correction codes），他甚至沒有去申請專利。

和華為的相遇

1987年，大概就在Ar?kan返回土耳其時，當時44歲的任正非創立了一家從事電信設備貿易的公司，他將其命名為“華為”，取意“中國的前途光明”。華為的特點之一是試圖在客戶服務上維持幾近瘋狂的投入。

由于供應商的不可靠性，任正非決定華為應該制造自己的系統。由此他們開始了漫長的過程，將華為建設成為一家不僅在中國國內，而且在全球范圍內都具有全產業鏈生產和銷售能力（從基站到手機）的通信設備公司。

華為的崛起被精心地呈現于該公司發布的一個小型的、自我強化的文獻庫中，其中包含了該公司創始人的語錄。其中有這樣一個描述，公司授權的作傳者田濤引用了任正非關于公司如何與曾經主導該領域的強大的國際“大象”競爭。“當然，華為是無法同"大象"匹敵的，因此它必須采取狼的特質：敏銳的嗅覺，強烈的競爭天性，協作精神和奉獻精神。”

但是在田濤的論述中，忽略了一些關鍵細節。比如，中國政府的作用被忽略了，在一次采訪中，任正非曾表示，如果沒有政府的支持，華為將不復存在。這不禁讓我們想到在上個世紀90年代，政府為華為提供的一系列貸款和金融支持，以及一些其他的政策，這些都為華為趕超國外競爭對手起到了很好的推動作用。在政府的支持下，華為和中興通訊等中國公司開始主導國家通信設備市場。顯然，華為已成為大象。

除此之外，中國政府還提供了支持以幫助華為在海外立足，向客戶提供貸款，使華為的產品更具吸引力。曾經，華為最大的外國競爭對手之一北電，一家總部位于加拿大的北美電信公司，在面臨中國產品的競爭力逐漸加劇的情況下，北電的業務出現顯著下降。

2009年，北電申請破產，因為它未能適應變化的競爭環境。但是北電最有價值的資產還不在于其產品，而是位于渥太華研究實驗室中無與倫比的專業人才，該實驗室是被稱為加拿大傳奇的貝爾實驗室。

華為也抓住了這次機會。多年來，華為一直在建立自己的研究能力，試圖擺脫作為低成本供應商的聲譽?，F在，隨著北電網絡的滅亡，華為將有機會獲得比市場份額更大的獎勵：技術的優勢，當然，還有尊重。

位于渥太華的北電實驗室負責人童文在中國長大，并在蒙特利爾的康考迪亞大學獲得博士學位，他為每一代移動技術做出了貢獻，并在美國擁有470項專利。如果電信公司們在2009年舉行研究科學家選秀，那么童文將會是很多人的首選。那時童文是一名自由代理人，谷歌、英特爾和其他公司都在設法招募他。

但最終，童文選擇了華為。他想讓他的網絡科學家在一起，團隊也不想離開加拿大。華為對他們留在加拿大一事也并未表現出太大意見，甚至華為還向他們承諾，他們可以自由地向21世紀網絡科學的標志發起挑戰：創建5G基礎設施。

中間捧獎牌者為童文博士

2009年，童文加盟華為后不久，一篇研究論文引起了他的注意，相信大家也都能猜到，這正是Erdal Ar?kan的極化碼論文。

童文幫助生產了為當前標準提供無線電傳輸糾錯功能的技術，即渦輪碼（Turbo codes）。他認為，極化碼可能會取代5G，但是障礙很大。

開始的時候，童文沒辦法說服他的加拿大同事進行共同研究。2012年，華為要求童文重組其在中國的通信實驗室，他借此機會指派了幾位聰明的年輕工程師從事極化碼工作。這項工作涉及到掌握數學理論并使其實際應用到實際設計中的不確定過程。最后，團隊取得了進步，同時團隊的每次創新，都給華為帶來了一項新的專利。

2013年，童文要求華為投資委員會提供5億美元用于5G研究。“非常簡單，”童文說，“20分鐘，他們就做出了決定。”答案自然是肯定的，這筆錢中的很大一部分用于投入極化碼研究。在華為提出實施該理論的軟件后，工作轉向了測試和迭代，數百名工程師參與其中。

童文不是唯一看過Ar?kan論文的信息科學家。圣地亞哥加州大學雅各布斯工程學院的Alexander Vardy說，這篇論文實現了“60年來人們一直試圖完成的事情”，但挑戰在于，極化碼不適用于5G的短塊長度：0和1串在一起。

Vardy和他的博士后，以色列理工學院的Ido Tal修改了糾錯技術，因此在應用于5G的短塊長度時，它的性能優于其他最新代碼。Vardy說，他在2011年的一次會議上介紹了他的發現。圣地亞哥大學擁有Vardy和Tal的專利，并已以非排他性的方式將其許可給了三星。

如今，華為擁有極化碼專利“家族”的三分之二以上的專利，是其最接近競爭對手的10倍。Vardy說，在該領域的總體感覺是，華為“投入了大量的研究時間和精力來發展這一想法”，“其他所以的公司至少落后了幾年”。

但是，如果該技術不適用于5G平臺，那么所有的工作和所有這些專利都將白費。童文說：“它必須為所有人所采用。”“你必須說服整個行業，這對5G發展是有利的。”

如果將極化碼作為華為優勢的象征，那還存在另外一個障礙，“我有那個責任，”童文說，“讓它成為標準”。

LDPC和極化碼的較量

我們都知道，在體育比賽中，競爭是激烈的，因此隊伍們必須在一些基礎事項上達成共識，例如運動場的規模。

同樣，在電信行業中，所有參與者都必須齊心協力，就通用平臺的細節達成一致。不過，要在移動平臺的各個部分上達成共識，非常復雜，傳輸速度、射頻、安全架構等問題上需要制定數十種規范。為了實現這一目標，工程師每年都會召開一系列會議，以選擇將哪些新技術視為下一代的標準技術。

那些為5G提供基礎技術支持的公司將在未來幾年在全球通信系統中站穩腳跟，風險是十分高的，往往還涉及一些金融、民族主義甚至是地緣政治因素。“從2001年至今，三個行政部門對此沒有給予足夠的重視”，克林頓政府任聯邦通信委員會前主席Reed Hundt說到。Hundt是現任和前任官員中的一員，他們對美國沒有與華為相當的公司而感到震驚。

“歐洲有愛立信，日本也有許多這樣的公司，中國不僅有華為，還有中興通訊等公司，其中華為能夠涵蓋所有產品范圍”。所有這些事實使華為的5G標準成為一個令人擔憂的前景。Hundt說：“華為的IP和標準是他們打算用來撬開西方計算世界的楔子。”

3rd Generation Partnership Project（3GPP）是開發5G標準的機構，它是一個由各種電信組織組成的國際性綜合組織。2016年，它對所謂的5G新無線電標準做出了關鍵決定，該標準有助于確定如何通過5G發送數據以及如何檢查其準確性。在花費了數百萬美元，經過數年的測試并申請了多項專利之后，華為不打算在關鍵時刻手下留情，但它仍需要官方標準的證明才能鞏固其技術主張。

有人提出了一種合理的想法：新框架中，在糾錯方面，其他技術也將與極化碼一樣有效。一些人建議，對當前的4G協議，即渦輪碼進行修改就足夠了。其他公司，比如生產用于移動技術的芯片組的高通，該公司更中意第三種選擇：Robert Gallager的舊LDPC想法，該想法幾乎達到了香農極限，并且對Ar?kan的知識之旅起到了一定的啟發作用。

從1960年代初期，Gallager提出LDPC以來，技術得到了改善，商業生產的成本不再令人望而卻步，高通的研發團隊為5G開發了該產品。盡管Erdal Ar?kan當時不知道，但在涉及數十億美元和一個關乎國際聲譽沖突的競賽中，他的工作與導師的工作格格不入。

正如上文所說，華為的優勢之一是政府的支持。美國和歐洲的觀察家說，中國與工程師們召開標準會議，這些工程師可能會是實地工作的親歷者。競爭對手也抱怨中國公司緊密合作，甚至表面上的競爭者也會留出一些差異來支持同胞業務。

不過在2016年中的一小段時間里，情況似乎不是這樣。在5G新無線電標準流程的初步輪次中，聯想表達了對LDPC的偏愛，因為這項技術更為人所熟悉。然而這種偏愛沒有持續多久，當年晚些時候，聯想改變了看法。聯想創始人柳傳志打電話給任正非，明確其最初的立場沒有冒犯華為的意思。柳傳志和其他高管甚至起草了一封公開信：“我們都同意中國企業應該團結起來，不應受到外界的挑釁。”“堅持下去……舉起民族工業的旗幟，擊敗國際巨頭。”

在極化碼的支持下，中國工業界準備在最后的關鍵階段——2016年11月在內華達州里諾舉行的工程標準會議上展開決戰。工程師們紛紛圍坐在酒店會議室中，討論分組代碼和通道容量等問題，無線通訊顧問Michael Thelander說，同步召開標準制定會議來使工程師們從一個會議室跳到另一個會議室，“但是與LDPC相比，極化碼是一個熱門話題”。

11月18日晚，會議室擠滿了人，然而從晚上開始的會議卻變成了僵局。每個公司都介紹了其工作，包括其測試結果。關注5G的Tirias Research首席分析師Kevin Krewell表示：“這場戰斗相當順利，大多數西方廠商都緊跟LDPC。”一些西方公司也支持極化碼，但重要的是，所有中國公司都支持。“在整個比賽中沒有明顯的贏家，但是很明顯華為不會退縮，”但LDPC一方也不會，“所以我們可以坐在那里花六個月的時間來解決這個問題，延遲5G，否則我們會妥協。”

他們做到了。標準委員會將信號處理標準分為兩部分，可以使用一種技術來發送用戶數據，另一種將應用于所謂的控制通道來管理數據的移動方式。也就是說，第一個功能分配給LDPC，第二個功能分配給極化碼。

華為欣喜若狂，因為這不僅是公司的勝利，也是中國的勝利。華為因其在市場上日益占主導地位的力量而受到尊重，“華為支持的進入5G標準的極化碼具有象征意義”，當時在場一位觀察家表示。“這是中國公司首次進入電信框架協議，贏得了發表意見的權利。”

高通自稱對此結果表示滿意，首席執行官Steve Mollenkopf表示：“獲得華為的東西非常重要。”“華為實際上是相當不錯的。他們是一家強大的公司。我認為這是人們需要承認的一件事。”

從那時起更多人了解了極化碼，一位記者表示，他很想認識ErdalAr?kan，但懷疑他不會跟他說話，有人得到了這樣的回應：“我不想談論自己的工作。”

2019年，Ar?kan因在極化碼方面的工作而獲得了香農獎，這是信息科學領域的最高榮譽。

如今，當走過比爾肯特大學工程大樓大廳，走過Claude 香農的掛相時，可以看到上面寫著：“我們可能了解過去，但無法控制它；我們可能會控制未來，但對此一無所知。”

在一次采訪中，Ar?kan表示，華為于2012年首次與他聯系，“我們互相交談，交換了意見”，“這對我來說是最好的合作方式，我保持獨立，他們做任何他們想做的事情”。

他個人沒有從華為那里拿走一點錢。

“沒有華為，極化碼不會出現在5G中”

2011年，Ar?kan創立了自己的小公司，向高通和希捷介紹了極化碼，以了解他們是否有興趣實施這一想法。他說：“我準備了一些幻燈片并發送給他們，但是沒有一家美國公司對此真正感興趣。”

但Ar?kan并未因此而自責。“我是一位學者，不知道如何推廣想法。也許我自己也不相信自己的這個想法。”后來，這些公司致力于極化碼的開發并獲得了自己的專利，但是沒有像華為那樣的活力。“如果不是為了華為研究人員的不懈努力”，Ar?kan說，“極化碼將不會出現在5G中”。

有記者曾問Ar?kan，他遇到過哪些為人稱道的關于華為儀式的故事。他表示，他已收到華為在2018年6月發出的訪問邀請，因為任正非想給予一個獎勵。“我認為華為很高興，因為標準已經被制定了，而且極有可能采用極化碼。”Ar?kan認為自己應該會出席這次的邀請活動，并且會與創始人和一些工程師進行愉快的交談，當然他還可能帶一塊獎牌回家。

Ar?kan到達深圳后，住在園區的一家旅館里。他曾與任正非喝茶，被包括童文在內的高管敬酒。但是他感覺還有什么大事正在發生。“有一次他們向我展示了該程序，我不知道那個房間有多大，我們將要進入哪種建筑，他們也沒有告訴我穿得好看一點。”典禮前一個小時，主持人告訴他，也許他應該準備一個演講。于是在前往頒獎典禮的路上，他在車里迅速完成了他的發言稿。

“在過去的30年中，我一直在比爾肯特大學進行研究工作，研究各種各樣最終成為極化碼的問題，”他用停頓的英語告訴人們，“今天，我很高興極化碼能讓我們相遇”。

Ar?kan表示：“極化碼本身并不重要，這是一個象征。5G與互聯網完全不同，這像一個全球神經系統。其中華為是5G的領先公司，在未來很長一段時間內都將會是如此。在互聯網時代，美國有身價數萬億美元的公司。由于5G，中國將擁有10家或10家以上萬億美元以上的公司，這將使得華為和中國處于領先地位。”

如今，美國公司和政府也不再期望以威脅或起訴來擊敗中國，不僅是對于華為這樣的電信公司，或者短視頻應用程序TikTok的安全性討論，對美國業務的真正威脅在于，中國工程師設計了一個AI驅動的推薦引擎，這是硅谷無法匹敵的。

Ar?kan說，此般經歷使他尊重華為，但也必須為美國敲響警鐘，“必須接受這一新事實，并相對應地加以處理”。

最后，我們可以改寫一下香農的一句話：沒人知道未來，但是華為和中國現在可以控制它了。

最后，記得關注微信公眾號：鎂客網（im2maker），更多干貨在等你！