一个青年教师，不等不靠、不埋怨，从城中村的出租屋起步，凭着一股想干事的热情，瞄准国家急需、国家部委的大项目，承担的科研经费处于学院前列，带动了学院和学校科研经费的增加，在学校形成了“王海现象”，在业内打造了“王海品牌”。
王海是谁？他在技术上有什么过人之处？他到底在做哪一类横向项目？他的成功经验别人能复制么？今天，让我们走近王海，伟德体育机电工程学院的一名普通青年教师，去了解他鲜为人知的科研奋斗经历。
究竟是什么类型横向项目，解决了哪一类难题？
“我做的横向项目，主要集中在卫星地面检测行业。”1976年出生的王海谈到。当问及完成的究竟是什么项目时？王海介绍说：“主要包括卫星地面检测系统、星地通信数据处理、机载雷达高速数据传输存储等，听起来不相关，但都有一个共同点：那就是这些系统没有现成的，必须定制。”
卫星、雷达等装备，每秒都会产生海量数据，在测试阶段，为了排查潜在错误，所有数据必须全部记录和分析。这类测试系统的关键，一是对海量数据的高速吞吐，二是对各种特殊格式数据的实时存储分析和转化。“这些问题，普通计算机或处理器是做不到的。我的核心技术，就是自研了基于FPGA的超高速数据实时存储和分析系统，而且性能和指标比别人好。”王海说。
王海研制的这些系统的使用方，均为国家重要科研单位，包括中国空间技术研究院、中国资源卫星应用中心、中国科学院等。
王海以他完成的“卫星通用平台数据解码设备”为例介绍说，由于性能优异、运行稳定，这套系统先后被用于勘测研究地球自然资源的“资源系列卫星”，进行高分辨率对地观测的“高分系列卫星”，进行灾害应急监测的“快舟系列卫星”等的地面检测中。
实际上，“卫星通用平台数据解码设备”只是王海完成的一个典型产品。此外，他还成功研制了“机载雷达数据传输系统”，这套系统能对雷达数据进行实时获取和处理，数据传输、分析、处理速度高达每秒20Gb，已经在某机载雷达系统上使用。而“V频段调制器测试系统”，因为电磁兼容性能优异，能够实现与后方通信，现已实现量产，应用前景很好。
此外，在高速数据传输和海量数据存储领域，当业界的指标还一般是每秒几个Gb的速度时，王海已经设计实现了传输、处理、存储能力达每秒64Gb的数据传输处理系统，处于业内领先水平。
时间分辨率高达0.5皮秒，业内处于什么水平？
对于普通人的生活来说，时间精确到1秒已经足够了，比如上下课、考试交卷铃、网购秒杀等等。但对于百米短跑裁判员来说，用秒计量时间又太长，因为决定胜负的往往是0.01秒。
而在引力波探测、朗德因子测量等人类极限的科研活动中，时间间隔测量的精度会大大提高，甚至到达皮秒级别。1皮秒是多少？这个天文学专用名词中描述的1皮秒时间，等于一万亿分之一秒，即10的负12次方秒。
王海的学术研究，始终聚焦在时间频率测量领域，并实现了高分辨率时间间隔测量系统，分辨率高达0.5皮秒。该领域的领头羊，加州大学洛杉矶分校研究团队，他们公开报道的分辨率是1.2皮秒。
实际上，在高精度时间间隔测量方法的理论研究和仪器研制中，王海始终不断在挑战自我。
2007年5月，他完成的论文《一种新的短时间间隔测量方法》，实测结果表明：根据该方法研制的仪器测量分辨率为500皮秒；2007年10月，他的博士论文《精密时频测量和控制技术研究》，其最后一章结论是这样说的：可以达到至少50皮秒量级的测量分辨率。
2013年9月，王海以第一作者在《IEEE超声、铁电与频率控制》（IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control）上发表的论文，将测量分辨率提高到了9皮秒；2015年10月，王海准备的学术论文中，其测量分辨率是7皮秒，目前已经投稿了《IEEE电路与系统I》（IEEE Transactions on Circuits and Systems I）；而在今年3月，王海终于把时间间隔测量的分辨率，推向了0.5皮秒这个极限值。
“我都快人格分裂了，一个脑袋装着两个内容，一边是横向科研中碰到的难题，一边是学术研究上要坚守的方向。”王海戏称。
学术方向和横向项目之间，难道真的没有联系吗？王海果断否定。“高速数据采集存储和捕捉时间精度，这两者之间其实有一个共同的核心技术，那就是对FPGA的精妙掌握，两者其实是完美融合在一起的。”
时间回到2000年，还在跟着通信工程学院吴成柯教授攻读硕士的王海，首次接触到了FPGA这类可擦写的芯片。FPGA用途甚广，他的师兄李云松等，使用FPGA实现了高效实时图像压缩系统，其成果获得了国家科技进步二等奖。
“FPGA即现场可编程门阵列，它是一种半定制电路，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。我选择用它来实现高分辨率时间间隔测量和高速数据采集存储，一开始别人都不太看好。”王海坦然。
与别人仅仅把FPGA当着一种可编程的电路不同，王海的独特之处在于，他对FPGA芯片内部的布局布线策略进行了深入研究。
在王海脑海中，一块方形的FPGA芯片，就像一个满是建筑物的城市，信号从一个点到另外一个点的传输，就像人从一个地方走到另外一个地方。“打个比方，我能够让成千上万的人，在这个纵横交错的立体空间里，同时走动还路途最优，而且相互不干扰不碰撞，井然有序。”
项目多的王海现象，别人能复制推广么？
“王海老师的项目多，在我们学院被称为‘王海现象’。从默默无闻到声名鹊起，他的故事就像一个传奇，他是年轻教师学习的榜样。”机电工程学院党委书记林松涛介绍说。
王海的成功经验别人能复制么？“当然能学习能复制，这有什么神秘的？”王海果断地说，“但起步确实有点难，需要能吃苦才能坚持下来。”
2008年，刚刚评上副教授的王海，其实就是一个普通青年教师，除了写写论文、上上课，他大部分时间也是一副无事可做的样子。此时，恰好中国电子科技集团公司某研究所，急需做一个用于采集、分析并提取信号的特殊示波器。不甘心无所事事的王海，阴差阳错接下了这个项目，承诺对方半年做完。
项目刚起步，难题一连串。因为时间紧、任务重，工作场所面积还不够。怎么办？院里已经按照标准分了办公室，有些腼腆脸皮薄的王海，不好意思再向学院提特殊的要求，便自己掏钱在城中村租了一间10多平米的房子，放上6张桌子就解决了场地问题。没有团队怎么办？恰好有几个基础不太好，刚刚考上研的研究生，王海说愿意吃苦的跟他走。
一个青年教师，4名男同学1名女同学，这个6人小组开始了“疯狂科研”。早上8:30准时出现，晚上11:00集体消失，房东一度以为这6个人是搞传销的。后来得知实情后佩服不已，也给他们提供了不少方便。从此，每天晚上离开“办公室”的时候，王海可以把他那块宝贝疙瘩芯片，放到房东的卧室去，第二天早上“上班”的时候再去取出来。
王海说，那半年他最拼命的时候，连续150天没休过一天假，学生也是除了吃饭、洗澡才离开一会。甚至忙到了家人都不放心的程度，岳父曾经借口说给他送吃的，前往他租来的房子里一探究竟。
“虽然我始终对这个项目是有底的，但这是我第一次把理论知识用到实际中，压力其实也是蛮大的。”王海说，“到最后的攻关阶段，我鼓励自己更是给学生打气，这是在为了荣誉而战。我们在业内的声誉，也就是这样积累下来的。”
万事开头难，王海说这个起步项目虽然经费只有7.2万，但却耗费了半年时间，好在最终获得了对方高度认可。从此，王海凭借良好的口碑，用实干实绩进入了一个新的领域，在卫星地面测试系统业内打造出了“王海品牌”。
“最初团队的几个同学，毕业后4人去了华为，1人去了771研究所，这是他们入学时不敢想的。当然，现在回想，我当时要求确实也太严了。”王海说。
如今，在学院的大力支持下，王海正领导着一个由3名青年教师、3名博士，以及20多个硕士组成的团队，利用对FPGA芯片出神入化的娴熟使用，致力于啃别人做不了、做不好的“硬骨头”。
能吃常人吃不了的苦，是王海做科研的第一个经验。他的第二个经验，就是起步要高一些，敢玩别人不愿玩的技术。
“单纯做软件，基本要不来钱；从事单片机开发，每块板子10多块；DSP难一些，也就几百块；但FPGA芯片开发，对数电、模电、电磁波、微电子等基础知识要求高，而且成本不菲，少则几千块，多则上万元。”王海说。
“我刚做好的一块板子，光FPGA芯片就用了5块，一块6万元，30万就这样没了。这也是我的科研经费相对比别人多一些的原因。当然，与集成电路领域的流片、封装、测试等相比，FPGA也是小儿科，还不值一提。”
王海说，这么多年下来，他做科研最深的感受，就是选择领域和坚守方向。“每个研究者，无论做什么项目，都应该瞄准国家的需求，坚持自己的学术方向，这样日积月累，才能有所作为。”
如今，除了科研，王海还一直坚守在教学一线，承担了《信号与系统》《电路》等课程的教学，将前沿技术融入到理论知识的讲授中，着力培养学生的科研能力。另外，他还担任机电工程学院大学生电赛总教练，2015年指导的6支参赛队获得3项全国一等奖，3项二等奖，取得了最好成绩。
因为热爱所以执着，因为执着所以收获。坚持内心所向，王海正收获着快乐。（本文配图/闫毅强）
