Совместно с компанией YADRO мы на Новом физтехе ИТМО открываем специальный трек, где будем обучать будущих разработчиков телекоммуникационного оборудования. В этой статье рассказываем, что это за трек и зачем он нужен.
Телекоммуникационная отрасль в России, как и ИТ в целом, испытывает дефицит кадров. К сожалению, в сфере разработки инфраструктурных решений высокой сложности, например базовых станций беспроводной связи для операторов, вопрос нехватки специалистов стоит ещё острее. Для решения подобных задач нужны команды с экспертизой на стыке физики, математики и информационных технологий. И они на вес золота.
В отличие от компаний, которые, например, делают сайты, создают мобильные приложения или пишут софт, разработчиков базовых станций операторского уровня в мире не более шести. Рынок специалистов, которые их интересуют, меньше, но от этого потребность в них не становится ниже. R&D-отделы этих компаний жестко конкурируют за лучшие кадры.
В России ситуация усугубляется тем историческим путем развития, который в своё время выбрала телекоммуникационная отрасль. В основном в нашей стране занимались системной интеграцией импортных решений, и на рынке есть специалисты высокого уровня в этой сфере. Однако разработки полного стека гражданских технологий ― тех же протоколов LTE или 5G ― просто не было (мы здесь не упоминаем оборонно-промышленный комплекс, поскольку там своя специфика). Решения, внедренные ранее, всё ещё работают. Но доступ к зарубежным технологиям теперь осложнён, поэтому уместна оговорка, что они пока ещё обеспечивают нужное качество связи.
Сейчас в стране необходимо создать производство телекоммуникационного оборудования полного цикла. И некоторые компании на рынке действительно начинают его выстраивать. Причем речь идет как о программной разработке, так и об аппаратной, включая СВЧ и цифровую обработку сигналов. Это комплексная задача, которая включает:
Программирование на низкоуровневых языках, которые слабо представлены на ИТ-рынке, ― в первую очередь ПЛИС ― Verilog для кодирования и декодирования информации.
Прикладную математику в части разработки алгоритмов и моделирования распространения сигналов. Для взаимодействия узлов между собой есть набор широко известных спецификаций 3GPP, охватывающих четыре из семи уровней стандартной модели OSI: канальный, физический, сетевой и транспортный. На их основе и производится всё телекоммуникационное оборудование. Однако для решения частных задач беспроводной связи нужен достаточно серьезный математический аппарат. Пример: переключение мобильного телефона с одной базовой станции на другую при перемещении в пространстве. Его необходимо выполнять с минимальным прерыванием связи и на минимальной мощности, чтобы уменьшить интерференцию в сети. И это нетривиальная задача.
Фундаментальные знания по радиотехнике ― от теории цепей до основ передачи информации, электродинамики и распространения радиоволн. К сожалению, известная своим высоким уровнем советская школа радиотехники, которую ещё застали те, кто обучался в нулевых, в последние годы исчезает. Отчасти на это повлиял ковид. Сокращались целые программы и профильные кафедры в вузах. Но какими бы ни были причины упадка, школу необходимо возрождать и дополнять новыми знаниями.
В целом задача российских производителей ― не просто повторять существующие решения, а разрабатывать своё оборудование не хуже, а, может, и лучше аналогов. Но компании, с которыми мы обсуждали кадровый вопрос, не представляют, откуда брать хороших специалистов.
Кто эту задачу будет решать?
Из России ушла часть западных вендоров, поэтому на рынке осталось некоторое количество специалистов. Но с тем объёмом задач, который сейчас стоит перед отраслью, им физически не справиться ― нужно гораздо больше. Поэтому производители, в том числе YADRO, заинтересованы в обучении, стажировке и последующем привлечении к работе молодых талантливых ребят.
Силами одной компании организовать такую подготовку практически невозможно. Однако это становится более реально в сотрудничестве с крупными вузами.
Классический подход ― совместная работа с вузом на уровне магистратуры. Но технологическая магистратура, особенно в сфере software engineering, часто превращается в «съезд работающей молодежи». Студенты большую часть сил отдают рабочим проектам, а учёба идет по остаточному принципу.
Сложные аппаратные разработки требуют большего количества дополнительных знаний, нежели распространенные языки программирования. Если начинать специализированную подготовку в магистратуре, то доступных на этом этапе учебных часов (три-четыре семестра за вычетом времени, необходимого на подготовку магистерской работы), да и вовлечённости обучающихся просто не хватит, чтобы изучить даже релевантные специализированные дисциплины. Поэтому начинать стоит уже в бакалавриате, чтобы в магистратуре студенты уже могли подключиться к решению реальных задач отрасли.
Именно так мы пришли к новому междисциплинарному треку, который запускаем на третьем и четвертом курсах бакалавриата Нового физтеха ИТМО совместно со специалистами YADRO.
Новый трек бакалавриата
Новый трек реализуется на базе программы бакалавриата «Беспроводные технологии» ― на 3 и 4 курсах.
Здесь студенты будут изучать дисциплины, которые необходимы для разработки телекоммуникационного оборудования операторского уровня, в частности базовых станций. Программа разработана с R&D компании YADRO и позволит начать карьеру в компании или у коллег по рынку.
В рамках трека будем преподавать много курсов, связанных с программируемой электроникой, включая микроконтроллеры, ПЛИС и SDR. Постараемся интегрировать в программу максимально серьезную подготовку по этому направлению и обучать на основе реальных задач, к примеру, связанных с программированием и аппаратной реализацией телеком-алгоритмов. А кроме того, будем пропагандировать некоторый комплексный подход, попутно погружаясь в фундаментальные дисциплины, в частности физику, программную инженерию, высшую математику. Эти курсы постепенно сокращаются на программах, посвященных фронтенд/бэкенд-разработке, но в случае с телекомом обойти их невозможно.
Студенты программы «Беспроводные технологии» с первого курса помимо лекций, практик и семинаров участвуют в проектной деятельности. На первых двух курсах ― до начала трека ― проекты привязаны к курсу общей физики (механике, термодинамике, оптике и так далее). Но после начала трека студенты переключатся на сложные (для уровня бакалавриата) задачи, коррелирующие с проблемами производителей телеком-оборудования. Это будут более высокоуровневые задачи по теме беспроводных технологий, прививающие R&D-культуру с первых семестров обучения.
Проектная часть трека поможет научиться самостоятельно находить информацию, работать над большими задачами и в целом привыкнуть к типичной для разработчика оборудования ситуации, когда бессмысленно ждать, что кто-то придет и все объяснит. Разработка оборудования ― это не спорт быстрых побед, и проектный подход поможет развить навыки стабильной работы над задачей в течение длительного времени. С самого начала трека на третьем курсе проектная деятельность будет строиться через вовлечение в задачи реальных R&D-проектов. Цели и задачи проектов будут соответствовать направлениям работы подразделений YADRO, выполнение будут оценивать эксперты компании, а студенты смогут продолжить работу над проектами в статусе молодых специалистов на стажировке или в штате. Мы рассчитываем, что студент станет стажером с четвертого курса.
На первый год трека студентам предложат четыре практических задачи, которые актуальны для современных телекоммуникационных систем.
Примеры задач:
Разработка и анализ систем эквализации OFDM-сигналов. В качестве задачи предлагается имплементировать в среде математического моделирования передатчик и приемник сигналов LTE и сравнить различные подходы к эквализации.
Разработка и анализ систем интерполяции каналов на основе оценки доплеровского смещения. Здесь студенты проведут анализ и имплементацию различных подходов к оценке допплеровского смещения и оценят эффективность этой оценки применительно к одномерной и двумерной процедурам интерполяции канала.
Минимизация стека слоев для фазоградиентной периодической структуры для уменьшения стоимости плоской линзы Рисли. Основными результатами работы должна стать разработка метода синтеза фазоградиентной поверхности на основе этого элемента, обеспечивающего заданное фазовое распределение (например, линейный фазовый набег), и макета антенного устройства с такой фазоградиентной линзой.
Последовательное возбуждение круговой поляризации в антенной решетке с треугольной сеткой расположения элементов. В этом проекте необходимо определить метод замещения апертуры антенной решетки, чтобы круговая поляризация закручивалась, но минимизировать количество проблемных случаев. Либо доказать, что такого метода не существует.
В рамках проектов студентам предстоит работать бок о бок со специалистами YADRO, синхронизацию по проектным задачам предполагается проводить намного чаще, чем раз в семестр. Некоторые из проектов мы надеемся за два года довести до стадии коммерциализации, чтобы студенты могли при желании податься с ними на гранты Фонда содействия инновациям.
Совместить всё это в одной учебной программе ― задача нетривиальная. Поэтому мы планируем помогать студентам в индивидуальном порядке.
Учебный процесс по максимуму пройдёт очно. Хотя в постковидном мире многое изменилось и в ряде случаев нам придется прибегать к онлайну, специфика телекома и Нового физтеха ИТМО в целом ― в практических и лабораторных занятиях. Они здесь намного нужнее, нежели в классическом программировании, где зачастую для решения задач достаточно ноутбука.
Существующие лаборатории ИТМО уже оборудованы для классических курсов по физике, теории цепей, электродинамике, распространению радиоволн и так далее. И они будут расширяться. Мы планируем сделать фокус на развитии возможностей лабораторий в части программируемой электроники и микропроцессорной техники, то есть дополним «железом», применяющимся в телекоме.
Преподавать на курсе будут сотрудники ИТМО, представители компании YADRO, а также коллеги из других городов ― в том числе с партнерских программ компании из других вузов. Мы собираем для неё сборную команду специалистов в своих областях. Надеемся, что тандем университета и бизнеса поможет преодолеть различия в подходах и мышлении отрасли образования и индустрии. Возможно, воспользоваться результатами работы этой команды смогут и коллеги из других вузов ― мы обсуждаем перспективу выпуска готовых учебных курсов, которые можно переиспользовать.
После окончания трека продолжить развитие в направлении решения инфраструктурных задач отрасли студенты смогут, поступив в магистратуру и подключившись к стажировке в YADRO. Так мы надеемся исключить ситуацию, когда выпускник выходит в свободное плавание и вынужден самостоятельно искать применение своим знаниям, работая не по профилю.
Кого ждут на новом треке
Сейчас мы ориентируемся на 15 студентов на потоке. С учетом того, что программа двухлетняя, включающая третий и четвертый курс, это 30 одновременно обучающихся студентов.
На треке мы ждем всех студентов, окончивших второй курс «Беспроводных технологий» на Новом физтехе, способных выполнить вступительное тестовое задание и пройти собеседование. Но, поскольку трек требует глубокого погружения в учебный процесс, при отборе на программу будет учитываться и общая успеваемость по техническим направлениям.
На 1-2 курсах мы стараемся помогать с этим ― проводим отдельный лекционный и практический курс, где можно нагнать темы по комплексным числам, началам анализа и прочим математическим методам, важным для изучения физики и основ радиотехники. Курс будет полезен тем, кто учился не в специализированных школах и не имел возможности изучать физику и математику углубленно. Он поможет и быстрее начать осваивать выбранную специальность при переходе к новому треку.
Новый трек не станет быстрым решением кадровой проблемы. Мы понимаем, что программа выпустит специалистов лишь через два года. И ещё несколько лет пройдет перед тем, как выпускники смогут создать собственный продукт. Но в сфере вузовского образования это одна из первых инициатив от бизнеса, готового вкладываться в человеческий капитал на столь длительную перспективу. И надеемся, это привлечет талантливых ребят.
