Mã phân cực và trận chiến 5G

Người Thổ Nhĩ Kỳ

Erdal Arıkan sinh năm 1958. Anh không theo nghề y của cha mà chọn toán, bởi cha của anh từng khẳng định y học không phải là một ngành chính xác. Năm 1977, Arıkan đang học ngành điện tại Đại học Kỹ thuật Trung Đông thì khủng hoảng nổ ra ở Thổ Nhĩ Kỳ. Bảng điểm xuất sắc đã giúp anh được đi Mỹ để tiếp tục học tại Viện Công nghệ California (CalTech), một trong những cơ sở khoa học hàng đầu thế giới.

Arıkan đến CalTech nghe bài giảng của GS Richard Feynman (1918–1988) người đoạt giải Nobel vật lý. Anh đặc biệt yêu lý thuyết thông tin, Claude Shannon với bài báo “Lý thuyết toán học truyền thông” đã sinh ra nó năm 1948 tại Bell Labs, đặt nền móng cho công nghệ thông tin và viễn thông, góp phần mở ra kỷ nguyên số. Shannon trở thành giáo sư của Viện Công nghệ Massachusetts MIT năm 1956.

Arıkan chọn MIT để học sau đại học vì GS Robert Gallager, một trong những nhà lý thuyết thông tin quan trọng đang dạy tại MIT vào đầu thập niên 1980. Gallager chuyển sang nghiên cứu mạng dữ liệu và Arıkan cũng nghiên cứu lý thuyết mạng, đồng thời vẫn theo đuổi lý thuyết thông tin. “Giới hạn Shannon” là thứ mà Arıkan muốn vượt qua. Trong định luật nêu ra ở bài báo năm 1948, Shannon đã đề xuất khái niệm “dung lượng kênh”, thiết lập giới hạn có thể truyền lượng thông tin lớn nhất với xác suất lỗi rất nhỏ.

Năm 1962, Gallager và các đồng sự đề xuất cách tiếp cận mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC), phương pháp cho phép kiểm tra thông tin ngay khi truyền đi để đảm bảo độ chính xác. “Phương pháp này quá phức tạp so với những linh kiện có vào thời đó”, Gallager nhận xét. Ông và các đồng sự cho rằng đây đã là cách tiệm cận gần nhất đến Giới hạn Shannon, và họ chuyển sang nghiên cứu lĩnh vực khác.

Sau khi Arıkan hoàn thành luận án tiến sĩ vào năm 1986 và làm việc một thời gian tại Đại học Illinois, ông quyết định trở về Thổ Nhĩ Kỳ để gia nhập cơ sở nghiên cứu tư nhân phi lợi nhuận đầu tiên của nước này là Đại học Bilkent tại thủ đô Ankara. Ông đạt được bước đột phá vào tháng 12/2005 sau khi nghiên cứu lại một câu hỏi được các nhà lý thuyết thông tin Nga đặt ra năm 1965.

Mã phân cực kênh

Giải pháp của Arıkan gọi là “phân cực kênh”. Nhiễu được chuyển từ một kênh sang bản sao của kênh đó, nhằm tạo ra kênh “sạch” và kênh “nhiễm bẩn” hơn. Sau một loạt bước như vậy, sẽ có 2 loại kênh được tạo ra, trong đó kênh “sạch” gần như không còn nhiễu, và kênh “nhiễm bẩn” thì nhiễu rất lớn. Về lý thuyết, kênh sạch đã có thể đạt tới Giới hạn Shannon. Arıkan gọi giải pháp của mình là Mã phân cực, bởi hai kênh được tạo ra trái ngược nhau.

Arıkan hoàn thiện giải pháp này trong 2 năm tiếp. Suốt 2 năm đó, mỗi khi đi xa ông để lại bản thảo ở 2 phong bì đã ghi sẵn địa chỉ nhận. Thư sẽ được gửi nếu như ông gặp vấn đề gì. Arıkan nói: “Shannon không hề nhắc đến lý thuyết thông tin trước khi đăng bài năm 1948. Ông đã giấu mọi người nghiên cứu một mình. Tôi thì có thể thoải mái làm việc vì biết rằng chẳng ai còn tìm cách giải quyết vấn đề đó nữa. Nó không còn là thời thượng”.

Năm 2009, công trình được công bố. Tên tuổi của Arıkan được ghi nhận nhưng ông không nghĩ nhiều về điều đó. Tìm ra giải pháp là một chuyện, ứng dụng nó vào các thiết bị viễn thông lại là một quá trình cần rất nhiều thời gian và tiền bạc. Các phương pháp mã hóa kênh khác đã được nghiên cứu, ứng dụng hàng chục năm và có hiệu quả không thua kém nhiều. Arıkan thậm chí còn không đăng ký bản quyền phát minh.

Năm 1987, Nhậm Chính Phi - cựu kỹ sư quân đội Trung Quốc - thành lập công ty Hoa Vĩ và sớm nổi tiếng với thương hiệu Huawei. Ông cho rằng có thể thành công nếu tập trung vào dịch vụ khách hàng. Sự hỗ trợ tài chính của chính phủ TQ từng được ông Nhậm thừa nhận đã giúp Huawei giành được nhiều hợp đồng quan trọng để tiến ra thế giới. Huawei trên con đường phát triển cũng vướng phải nhiều cáo buộc về hành vi gian lận công nghệ.

Vụ om xòm nhất diễn ra năm 2003, Huawei thừa nhận đã sao chép phần mềm điều khiển router của Cisco và sau đó phải đền bù. Năm 2004, công ty viễn thông hàng đầu ở Canada là Nortel bị tấn công mạng lấy cắp hàng trăm tài liệu. Phòng nghiên cứu công nghệ của Nortel đặt tại thủ đô Ottawa mà đứng đầu là ông Wen Tong, lớn lên ở TQ và gia nhập Nortel năm 1995.

Năm 2009, Nortel phá sản vì không thể cạnh tranh. Khi đó Wen Tong đã có 470 bằng sáng chế ở Mỹ nên Google, Intel và nhiều gã khổng lồ khác muốn mời ông sang. Wen Tong chọn Huawei vì công ty này chấp nhận cho ông cùng cả đội cũ tiếp tục làm việc tại Canada. Rồi Wen Tong đọc bài báo của Arıkan vừa công bố và nhìn ra ý nghĩa của nó. Sau đó 3 năm, Wen Tong chuyển phòng nghiên cứu về TQ và giao cho một nhóm kỹ sư nghiên cứu ứng dụng mã phân cực. Mỗi khi đạt được một thành tựu, Huawei lập tức đăng ký bản quyền.

Trận chiến tiêu chuẩn

Năm 2013, Wen Tong yêu cầu Huawei đầu tư 600 triệu USD để nghiên cứu 5G. Huawei nắm giữ khoảng 2/3 số bằng sáng chế liên quan đến mã phân cực, nhiều gấp 10 lần các đối thủ. Để đảm bảo được sử dụng cho 5G, Huawei phải tìm cách biến mã thành tiêu chuẩn ngành. Đại diện các công ty viễn thông hàng năm vẫn họp bàn việc này. Với mỗi thế hệ mạng, việc quyết định tiêu chuẩn càng quan trọng hơn, và ảnh hưởng bởi cả những yếu tố như tài chính và địa chính trị.

Trong khi đó, ảnh hưởng của Mỹ đang dần suy yếu do họ không còn có một công ty viễn thông nào có thể vừa xây dựng công nghệ, vừa sản xuất thiết bị. Reed Hundt, cựu Chủ tịch Ủy ban Viễn thông Mỹ dưới thời Clinton nhận xét: “Châu Âu có Ericsson. Nhật Bản thì có rất nhiều. Trung Quốc không chỉ có Huawei mà còn có cả ZTE. Huawei là công ty có thể bao trọn cả chuỗi sản phẩm".

Trước một thị trường viễn thông có giá trị hàng chục tỷ USD, trở ngại của Huawei là nhiều công ty chưa được thuyết phục với ý tưởng sử dụng mã phân cực. Một số cho rằng phương pháp mã hóa turbo, đang được sử dụng cho công nghệ 4G, có thể tiếp tục ứng dụng cho 5G. Qualcomm thì muốn sử dụng LDPC, phương pháp mã hóa của Gallager và đã phát triển nó phù hợp cho 5G.

Huawei có một lợi thế mà Qualcomm không có: sự ủng hộ của chính phủ Trung Quốc và toàn bộ nền công nghệ nước này. Những cuộc họp định chuẩn đầy các kỹ sư Trung Quốc, những người có thể nghe ngóng, sau đó tiết lộ thông tin quan trọng cho Huawei. Lenovo, ZTE và những công ty công nghệ lớn nhất Trung Quốc đều lên tiếng ủng hộ tiêu chuẩn mà Huawei đang theo đuổi.

Tháng 11/2016 tại bang Nevada, trong buổi họp cuối cùng vào ngày 18, ủy ban định chuẩn quyết định chọn cả hai phương pháp. LDPC được sử dụng trong kênh dữ liệu người dùng, còn mã phân cực được dùng trong kênh điều khiển.

Năm 2011, Arıkan từng lập công ty và chào công nghệ mới cho Qualcomm, Seagate. Ông kể lại: “Tôi đã chuẩn bị vài bài trình bày và gửi cho họ, nhưng các công ty Mỹ không quan tâm lắm. Tôi là một nhà khoa học và không biết cách giới thiệu ý tưởng. Có lẽ lúc đó tôi cũng không tin tưởng lắm vào công trình của mình”.

Sau khi được Huawei vinh danh năm 2018, Arıkan còn nhận Giải thưởng Shannon năm 2019. Ông bình luận: “Thực ra họ không vinh danh tôi. Huawei đơn giản chỉ nói rằng ‘chúng tôi không lấy cắp ý tưởng này từ ai cả, đây là người đầu tiên nghĩ ra ý tưởng’”.