Investigación e innovación

Investigación básica: superación de cuellos de botella teóricos y de la industria con inversión paciente en comunicaciones y computación

Las matemáticas son la reina de las ciencias y la clave del nuevo mundo de las comunicaciones, la informática y la IA. Por esta razón, Huawei lleva a cabo constantemente investigaciones sobre la teoría matemática y sus aplicaciones.

En el campo de la teoría de matrices aleatorias y algorítmica, creamos un nuevo método para estimar el valor singular mínimo de una matriz aleatoria n × n de un sistema lineal disperso mediante la ejecución de un algoritmo en $$\widetilde{O}\left(n^{\frac{3 \omega-4}{\omega-1}}\right)$$tiempo donde ω es el exponente de la multiplicación de matrices. El documento que elabora sobre este método fue aceptado en 2022 por el Simposio Anual ACM sobre Teoría de la Computación (STOC), la conferencia insignia del Grupo de Interés Especial sobre Algoritmos y Teoría de la Computación.

En términos de entrenamiento de modelos de aprendizaje profundo, propusimos el método de retropropagación de lógica booleana. Este avance en los principios matemáticos ayuda a resolver problemas relacionados con la optimización de variables binarias hiperdimensionales y hace posible realizar algoritmos de aprendizaje profundo en el campo booleano y realizar el rendimiento de un modelo de precisión total a través de la verificación simulada.

En el campo de la teoría y la semántica del topos, presentamos una nueva teoría matemática para el aprendizaje semántico, creando un marco público para la topología algebraica y las proposiciones lógicas. También propusimos los primeros espacios de información semántica del mundo basados ​​en grupos, conjuntos parcialmente ordenados y groupoides, lo que explica bien los resultados experimentales de Roger N. Shepard, Carl I. Hovland y Herbert M. Jenkins. El experimento muestra que el nuevo modelo de red neuronal no es solo un "loro estadístico", ya que puede alcanzar una inteligencia más similar a la de los animales y los humanos.

También nos hemos sumergido profundamente en las teorías de las comunicaciones y la computación, explorando, desafiando y acercándonos constantemente al límite teórico.

En el campo de la teoría de la información, proponemos un método de codificación basado en grafos de acoplamiento multilateral. Este método nos permite aumentar el rendimiento en aproximadamente 0,5 dB en escenarios de comunicaciones ópticas a una velocidad de nivel de Tbit/s durante miles de kilómetros, acercándonos al límite de Shannon.

Hemos empujado constantemente los límites de la codificación de entropía con nuestro algoritmo de codificación de datos no estructurados HZU, a través del cual descubrimos la transformación no lineal rápida y el método de predicción de contexto ligero. Este algoritmo puede generar resultados superiores a los del paradigma de compresión Lempel-Ziv (LZ) y aumentar la relación de compresión en aproximadamente un 30%.

En el campo de la optimización de redes, creamos un modelo de política de precios de red (NPP) consciente de la topología y un método de optimización dispersa autoadaptable para resolver problemas relacionados con los flujos en redes que poseen cientos de miles de nodos y decenas de millones de enlaces, mejorando velocidades de resolución de problemas por órdenes de magnitud. También propusimos el CLIModel basado en el mecanismo de asimilación biológica, mejorando la eficiencia de configuración de la red en más de cinco veces. El artículo sobre este modelo ha recibido un premio al mejor artículo de ACM SIGCOMM 2022.

En el campo de la informática y la IA, presentamos un método de asignación y programación capaz de minimizar los costos de comunicación y maximizar el paralelismo a nivel de tareas de manera ponderada. Con base en este método, creamos Fold3D, un marco de capacitación paralelo tridimensional que ofrece un rendimiento un 25% superior al de los sistemas convencionales de la industria.

En el campo del aprendizaje automático, fuimos los primeros en demostrar que existían soluciones analíticas para la divergencia óptima de Kullback-Leibler (KL) y la varianza inversa óptima del modelo probabilístico de difusión (DPM). Tal avance tiene el potencial de mejorar la eficiencia del muestreo de 20 a 80 veces y, por lo tanto, el trabajo de investigación relacionado recibió el premio ICLR 2022 Outstanding Paper Award.

Conexiones inalámbricas

Hemos estado trabajando con la industria global para explorar y definir 6G, y también hemos propuesto seis pilares tecnológicos para 6G.

Damos igual importancia a la innovación teórica y la verificación de prototipos, y hemos presentado el primer prototipo de sistema de comunicaciones de 220 GHz de terahercios con una velocidad máxima de 240 Gbit/s.

En términos de comunicaciones de corta distancia, utilizamos mmWave para lograr una excelente experiencia de usuario con un rendimiento de más de 10 Gbit/s y una latencia de menos de un milisegundo.

Creamos una innovadora arquitectura de conjunto de antenas híbridas que combina superficies reflectantes y reconfigurables, logrando una ganancia de cobertura de casi 41 dB en la banda de 10 GHz en escenarios sin visibilidad directa (NLOS).

Completamos la primera verificación de prueba de campo del mundo del acceso móvil a satélites de órbita terrestre baja basados ​​en protocolos 5G NR, y también nos convertimos en los primeros en realizar simultáneamente comunicaciones de alta velocidad e imágenes de alta precisión a nivel milimétrico en la banda de frecuencia de terahercios mientras mantenemos el mismo hardware y la misma forma de onda.

Redes Ópticas

Continuamos nuestro trabajo para aumentar la tasa de longitud de onda única para la transmisión de larga distancia de 400 Gbit/s a 800 Gbit/s sumergiéndonos en tecnologías clave como el diseño de forma de onda no lineal de baja complejidad para señales de alta velocidad y ultra alta velocidad de 200 GBaud. -Moduladores optoelectrónicos de velocidad.

También logramos avances en los amplificadores ópticos de banda S + C + L de espectro ultraancho, algoritmos de modulación de orden superior de próxima generación y mejoramos la ecualización del rendimiento de los sistemas ópticos de espectro amplio, expandiendo el espectro óptico en un 50%.

Durante una prueba in situ conjunta con Orange, establecimos un nuevo récord de transmisión de 157 Tbit/s de fibra única en una distancia de 120 kilómetros.

El equipo de prueba conjunto que estableció el récord, con miembros de Orange y Huawei Optical Communication Technology Lab en París.

Comunicación de datos

Nuestra última red de centro de datos (DCN) a nivel de bus utiliza una arquitectura novedosa para permitir la convergencia de Ethernet, Fibre Channel (FC) e InfiniBand (IB), logrando un gran avance en el rendimiento de la red informática y de la red de almacenamiento de alto rendimiento.

Hemos seguido construyendo sistemas de tecnología Ethernet de última generación. Al complementar los circuitos digitales con los analógicos, hemos reducido el consumo de energía en alrededor de un 50 %. Al separar la detección de errores de la corrección de errores, hemos reducido la latencia de la interfaz en casi un 70 %. Al adoptar el corte flexible, hemos creado líneas privadas a n x 10 Mbit/s.

Operación y mantenimiento inteligente

Hemos construido un modelo básico preentrenado (PFM) de O&M que unifica la representación de datos de elementos de red y evita el modelado en silos para O&M. En comparación con los modelos anteriores, cada uno de los cuales admitía solo una tarea, este nuevo modelo puede admitir múltiples tareas posteriores, como análisis de datos de fallas, análisis de causa raíz (RCA), respuestas a quejas de clientes, análisis de señalización inteligente y asistencia para cambios. mientras que también mejoran en gran medida su eficiencia.

Al emplear una tecnología de optimización de parámetros inalámbricos de gran escala en paralelo, hemos podido aumentar la tasa de borde de celda de los usuarios de enlace descendente 5G en más del 10 %.

Nube y Computación

Como parte de nuestro trabajo para abordar los desafíos de rendimiento y latencia que presentan las comunicaciones entre chips y entre servidores en computación heterogénea, hemos redefinido la arquitectura de bus para las comunicaciones de clústeres de computación y unificado los estándares de interconexión entre chips y nodos. Esto significa que la migración en vivo de máquinas virtuales se puede realizar en solo milisegundos, lo que aumenta sustancialmente la eficiencia de la red.

Lanzamos la primera plataforma de software de clúster de computación heterogénea de la industria, mejorando la utilización de los recursos informáticos en más del 35% y acelerando el rendimiento en más del 100% en escenarios como el análisis y la recuperación profunda de big data.

Negocio de consumo

Lanzamos nuestra nueva marca de fotografía móvil, XMAGE, para brindar nuevas funciones de retrato y modo nocturno a los consumidores a través de tecnologías innovadoras de fotografía móvil.

Hemos diseñado una bisagra única de ala de halcón de doble rotación que, cuando se combina con acero de ultra alta resistencia y materiales flexibles, hace que los teléfonos plegables sean más duraderos, significativamente más livianos y les permite retener sus pantallas planas, independientemente de cuántas veces. los doblas.

Al continuar nuestra investigación sobre materiales y métodos de producción, hemos logrado avances que han revolucionado los teléfonos. El resistente Kunlun Glass ha hecho que nuestros teléfonos sean 10 veces más resistentes a caídas, y uno de nuestros últimos modelos de teléfono, reforzado con Kunlun Glass, se convirtió en el primero en obtener la certificación de cinco estrellas de resistencia a caídas de vidrio de SGS de Suiza.

Algoritmos de IA

Lanzamos ZooD, una tecnología de biblioteca modelo que admite la función de búsqueda. Con tecnología de Ascend, MindSpore y Huawei Cloud, este avance mejora el rendimiento del modelo en más de un 30%. Nuestro OptVerse AI Solver también hizo su debut en 2022, lo que hace posible resolver problemas de optimización que involucran decenas de millones de variables y restricciones en múltiples escenarios.

Por primera vez, realizamos la compresión a través de la cuantificación de modelos generativos, aumentando sus relaciones de compresión en más de 10 veces sin afectar el rendimiento. La actualización de la tecnología de destilación paralela logra un aumento de 100 veces en la velocidad de cuantificación, lo que respalda mejor la implementación de los modelos de precisión total de Huawei Cloud que tienen cientos de millones, decenas de miles de millones o incluso cientos de miles de millones de parámetros.

Software básico

Continuamos invirtiendo pacientemente en tecnologías fundamentales que profundizarán nuestras raíces en la industria del software.

Al innovar en arquitecturas de microkernel, almacenamiento y programación para sistemas operativos, hemos aumentado significativamente la utilización de los recursos de hardware.

Los logros innovadores que hemos logrado en motores de almacenamiento de fusión, bases de datos totalmente cifradas y optimizadores basados ​​en IA a través de la introducción de GaussDB han mejorado nuestra ventaja competitiva en rendimiento, seguridad y disponibilidad.

Seguimos comprometidos con una estrategia de código abierto y manteniendo una mente abierta mientras construimos ecosistemas de software. A través de nuestra cooperación con jugadores de toda la industria, openEuler, openGauss y otros ecosistemas de software ahora están en camino de experimentar un rápido desarrollo.

• Los ecosistemas openEuler, openGauss y MindSpore han reunido a más de 2000 socios y más de tres millones de desarrolladores, con más de tres millones de instalaciones de openEuler hasta la fecha.
• HarmonyOS se implementó en 330 millones de dispositivos Huawei. Este crecimiento ha sido respaldado por nuestra colaboración con más de dos millones de desarrolladores y más de 2300 socios de HarmonyOS Connect dentro del ecosistema de HarmonyOS.

Seguridad y Confiabilidad

Seguimos dedicados a la investigación de tecnologías relacionadas con la seguridad y la confiabilidad y trabajamos arduamente para mejorar las tecnologías y capacidades de ingeniería, como la ingeniería de software y la ingeniería de sistemas en el dominio de I+D, a fin de crear productos seguros, resistentes, confiables y de calidad para los clientes.

Hemos construido un sistema de ingeniería de seguridad cibernética IPD-SFP de extremo a extremo que cubre I + D, adquisición, entrega y servicios. Al institucionalizar las mejores prácticas e incorporarlas en los procesos comerciales y las plataformas operativas de TI, estamos desarrollando capacidades avanzadas de seguridad cibernética.

Hemos creado una metodología de diseño de sistemas digitales que se centra en activos de diseño digital completos y permite transmitir o transferir cantidades masivas de documentos. Con este método, los activos empíricos en sistemas complicados a gran escala ahora se pueden reutilizar de manera más eficiente, lo que aumenta la agilidad del diseño y la verificación.

Huawei es un miembro activo y un importante colaborador de comunidades de código abierto como Rust y organizaciones de estándares como ISO, ITU-T, 3GPP e IETF. Juntos, estamos sentando las bases de la confianza en el mundo digital.

Intercambiar, iluminar, explorar: ir más allá de los límites físicos para encender el espíritu de investigación e intercambio académico

La exploración científica es una empresa que depende de la comunicación, el intercambio, la cooperación y la inversión paciente. La investigación científica es más poderosa cuando está impulsada por un compromiso y una colaboración estrechos entre científicos y expertos. Huawei permanece abierto a la colaboración y siempre busca unirse a destacados investigadores y socios de todo el mundo para abordar los mayores desafíos de nuestro tiempo.

En 2022, Huawei lanzó oficialmente el sitio web de tecnología Chaspark, que ha atraído a más de 120 000 usuarios autenticados de múltiples campos académicos. Tenemos la intención de convertir a Chaspark en una plataforma abierta de clase mundial para los intercambios académicos. Hasta la fecha, la plataforma ha presentado más de 7000 publicaciones sobre temas candentes y trabajos de investigación, más de 2200 actividades académicas y 285 desafíos técnicos, lo que permite a expertos externos a Huawei proponer sus propias soluciones.

Junio ​​de 2022 vio el primer número de la revista trimestral Communications of Huawei Research, que documenta y comparte los últimos hallazgos de los investigadores, tanto dentro como fuera de Huawei, de los diversos dominios de investigación en los que participa la empresa. Para el 31 de diciembre de 2022, habíamos publicado tres números, incluidos 39 artículos académicos y hallazgos de investigación de más de 170 científicos e investigadores externos de Huawei.