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一个民营的实验室是怎样改变了现代电子!

2020-08-08 05:56:19  来源:茄子生活网  

这段时间我一直在想,中国最有创新力的地方是哪里。?这个高科技民营企业是中国人的骄傲,也是大批学子向往的地方,但从华为所从事的工作来看,又觉得他是一个高智商版本的富士康;是展讯、全志等无晶原厂商?也不是,核心都是回到的内核上来;是中芯国际这样的代工厂,但看到他最近才上28nm,这还是在和IMEC等的支持下,才勉强的达到的成绩,跟、、格罗方德比,还是落后很多,就算是跟同为华人的台湾台积电比,也是捉襟见肘。回到倾全国之力而打造的中科院,研究成果也不外如是。究竟我们国家的高科技都在哪里?有时候我也不知道怎么探究!这反而然我想起了国外的一个闻名遐迩的实验室——贝尔实验室。这一个民营的实验室是怎样改变了现代电子!

首先介绍一个贝尔实验室的简史,1925年,当时AT&T总裁华特·基佛德(Walr Gford)收购了西方电子(Western Electric)公司的研究部门,成立了一个叫做“贝尔电话实验室公司”的独立实体。AT&T和西方电子各拥有该公司的50%。

贝尔实验室的工作可以大致分为三个类别:基础研究,系统工程和应用开发。

在基础研究方面主要从事电信技术的基础理论研究,包括数学、物理学、材料科学、行为科学和编程理论。

系统工程主要研究构成电信网络的高度复杂系统。

开发部门是贝尔实验室最大的部门,负责设计构成贝尔系统电信网络的设备和软件。

在AT&T时期,贝尔实验室的研发经费主要来自美国民众缴纳电话费的附加税,所以美国人不需花很多钱就可取得贝尔实验室的专利技术授权,分享贝尔实验室的研究成果。

1984年以后,按照美国政府分拆AT&T的协议,从贝尔实验室中分区成立了Bellcore。Bellcore为分拆后的一系列小贝尔公司统一提供研究开发的服务。

1996年,贝尔实验室以及AT&T的设备部门脱离AT&T成为朗讯科技。AT&T保留了少数研究人员成为其研究机构:AT&T实验室。贝尔实验室现在属于法国阿尔卡特朗讯(Alcatel-Lucent)公司。

贝尔实验室的研究成果

自 20 世纪很长的一段时间以来,它就是世界上数一数二的创新科学机构。在其所取得的科学创新成就中,肯定是最值得注意的一个。管发明于 1947 年,它是构成数字电子产品和其各种衍生物的基本元件。这些小小的能完成不同任务,其中最基本的一种就是放大电子信号。只要很小的电触,晶体管就能从开状态切换到关状态。这一特性可以有效地用来表示比特信息,也就是数字的 1 和0。手机和电脑设备正是依靠板上数以十亿计的晶体管才得以运行。

贝尔实验室还取得过众多其他的成就,其数目令人难以置信。太阳能硅光电池——所有太阳能设备的先驱,也是在贝尔实验室发明的。该项目的两位研究员获得了发射器的首个专利,项目组的同事们则创建了很多早期的原型设备。(每个 DVD 播放器都有一个激光发射器,大概有一粒米的大小,很类似于贝尔实验室的发明。)

贝尔实验室创立并开发了首个通信卫星;创建并开发了数字通讯技术;以及首个蜂窝式电话系统。所谓的电荷器件(CCD),也是在贝尔实验室发明,该技术是当今数字成像技术的基石。

贝尔实验室还构建了首个系统,随后发明并普及了千兆级数字传输,给全球的网络提高了速度。在计算机编程领域,贝尔实验室也不是弱者,其计算机科学家开发了 Unix 系统和C语言,这些技术成为现今主流操作系统和计算机语言的基础。

1999年肯·汤普逊(左)和丹尼斯·里奇因开发C语言和 Unix 操作系统一起获得了美国国家技术奖,克林顿授奖。

上述仅仅是其中一小部分技术成就。贝尔实验室的一些研究员撰写的论文,显著拓展了物理、化学、天文学、数学的学术疆域。其他贝尔实验室的工程师则致力于创建非凡的新工艺(而不是新产品),以供其母公司(AT&T)的生产厂房使用。实际上,“质量控制”——一种在全球工业范围内广泛使用的统计分析方法,用以保证生产高质量产品——最初也是由贝尔实验室的数学家提出应用的。

为什么贝尔实验室具有那么强的创造力

我们应当如何解释这种现象?一小部分在新泽西工作的贝尔实验室的科学家和工程师,在相对较短的时间内,产生了多得难以置信的新技术和理念。他们当时创造的未来,就是我们生活的现在。这肯定不是偶然或者幸运。这些人肯定是知道点儿什么才能做到这一点。但是他们知道的是什么呢?

在贝尔实验室,创新文化的主要负责人是 Mervin Kelly。也许你没听过 Kelly 先生的名字。他出生在密苏里的乡下的一个工人家庭,曾就读于芝加哥大学,主修物理。他大学毕业后加入了 AT&T公司。在 1925 年至 1959 年间,他受雇于贝尔实验室,从研究员一直做到董事会主席。1950年,他在欧洲做巡回演说,向听众解释贝尔实验室如何运作。

他的基本信条是:一个“创新科技研究所”——正如他拥有的贝尔实验室那样,需要足够多的天赋异禀的人不断地交换思想。但是真正要创新,这些还不够。Kelly 先生坚信面对面交流的重要性。通过电话交换思想?不行!他故意把贝尔实验室的思想者和实践者集中在同一屋檐下。在晶体管开发项目中,有目的地将物理学家,冶金学家,电器工程师混合在一个项目组里,项目组中的每个人都各自是理论、实验或者制造领域的专家。像一个老练的交响乐指挥一样,Kelly 先生在科学定律之间,研究院和开发者之间,个人和团队之间游刃有余,时而寻找和谐,时而要求张力。

Mervin Kelly 管理方法的一个重要因素是通过建筑结构学!他亲自参与了新泽西茉莉山的一栋建筑的设计,该建筑于 1941 年正式投入使用。在那里,人与人的交流变得轻而易举。该建筑的部分走廊被设计得一眼望不到尽头。如果你想穿越这么长的走廊,而又想不遇到什么熟人,或者是不产生任何思考或者创意,这几乎是不可能的。一个物理学家穿过走廊去餐厅的过程,就仿佛一块磁铁通过一堆铁屑一样(总能吸引走廊周围的其他的人过来与之进行交流)。

他的管理方法的另一重要因素是树立明确的成功目标。人们往往把贝尔实验室戏称为象牙塔(科研学术机构)。实际上,把它称作“带地下工厂”的象牙塔才更加贴切。在贝尔,研究员和工程师都认可相同的终极成功目标:把新的思想转换为新的事物。朱棣文(奥巴马政府能源部长,1997年诺贝尔奖获得者)曾于 20 世纪 80 年代在贝尔实验室工作。他曾经提到,在像贝尔实验室这样的环境中进行应用科学研究,绝不会损害天才的本质,因为它关注的是你的思想。在贝尔实验室,即使是纯理论科学家,也能找到用武之地。

Kelly 先生推动贝尔实验室不断向前的管理方法的另一个因素是:组织机构学。他在电话生产制造工厂设立了贝尔实验室的专属卫星通信设备,以帮助更好地将实验室产生的思想转变为产品。而且,这种帮助不是单向的,而应该是双向。电话制造工厂的工程师也可以将他们从工人那里学来的经验和教训,反馈给实验室的研究人员。随着半个世纪以来,制造业逐渐朝美国以外迁移,随之也带走了一整套的工业生态知识。但是在过去,正是这些知识推动贝尔实验室不断向前,保持创新。

1964年世界博览会上展出的可视电话,因开发成本过高,失败了。

Kelly 先生相信自由的重要性,尤其是在科研方面。他手下的许多研究人员拥有如此之高的自主权,以至于项目进度拖后了长达数年,Kelly 都没有意识到。举个例子,最早是他挑选了一队研究员成立了半导体项目组。当最后半导体被发明出来的时候,其实项目已经延期两年了。随后,他设立了另一个研究小组,主要负责半导体的批量生产。他把这个任务委托给了其中的一个工程师,指示他做出计划,随后他就告诉这个工程师,自己即将去欧洲出差了,项目由这个工程师全权负责。

总之,他信任别人,任由他们去创造。他也信任他们能帮助更多人进行创造。对于他来说,让贝尔实验室充斥着一群科学家模范(他们被称作“写书人”。实际上,这些顶尖科学家确实为各自的学科撰写科学专著),这是非常必要的。但是,能让这些人在日常工作中相互融合,则更加重要。在现代窗格式办公时代之前,贝尔实验室的雇员都得到指示:办公时打开自己办公室的门。

被难题缠身的菜鸟员工,惶恐不安的无名小辈,他们在贝尔都有自己的导师,这些导师可都与那些“写书人”和大牛一起工作,关系密切。一些贝尔实验室的新员工往往对此感到震撼,因为他们被告知可以向著名的数学家,诸如 Claude Shannon,或者传奇物理学家 William Shockley 直接提出自己的疑问。而且,贝尔实验室的策略是,大牛们不允许回避菜鸟们提出的问题。

还有一条 Mervin Kelly 创新策略的重要因素,这个因素十分重要,甚至可以说比其他的因素更重要一些。Kelly 先生是个言行都雷厉风行的人,上下楼梯都用小跑。但是他不仅给他的研究员自由,还给他们宽松的时间。大量的时间——长达数年的时间,去追求他们认为必要的东西。不过有人会认为,在当今更快,更具竞争性的时代,这种策略并不可行。或者也有人会反对,说这与创新的原因毫不相关,因为贝尔实验室(不像现今的高科技公司)有来自母公司的近乎奢侈的财政支持,其母公司(AT&T)在市场占有垄断地位。贝尔实验室没有人需要追着实现四个季度的财政指标,也没有人需要比竞争对手更快地推出新产品。

那么,我们为了追求的创新,需要真正做到哪些东西呢?根据创新一种定义:创新是一件重要的产品或过程,能在较大范围内部署,并对社会和经济有重要的影响。该产品或过程能够更好、更廉价、或者二者兼得(Kelly 先生曾经如此定义)地完成工作。遗憾的是,我们现在几乎用这个标准描述所有事物。它可以用来描述一个智能手机应用,或者一个社会化媒体工具;也可用来描述半导体,或者蜂窝电话系统的设计蓝图。这些东西之间差异巨大。某种创新也许只能为社会带来一小部分的工作机会和有限的收入,然后,Kelly 先生和他在贝尔实验室的同事们不断地寻找,发现的那种创新却为社会带来了百万计的工作机会,并创建了一个持久的平台,来为社会谋求财富和幸福。

将这些不同种类的创新合并在一起,似乎给我们提出了一种观点:小规模追求利益的企业发明出创新性质的消费产品,其作用与那些老牌的创新组织(如贝尔实验室)一样有效。但是历史并不支持这样的观点。贝尔实验室发明了激光、半导体、太阳能硅光板,这些发明并不是单一为了追求经济利益,而是追求一种理念。而且,他们创造出来的不仅仅是新产品,而是前所未有的,并且有利可图的,新的工业。

世上并没有一种所谓最好的创新方式。硅谷的创新方法所制造出来的利润滋润了美国数十年之久。所以企望时代能逆转到大工业垄断时代,这是非常荒谬可笑的。今天的电信行业欣欣向荣,用户购买新设备和服务的能力惊人,而且无孔不入。由目前的情况来看,传统的电话公司固步自封是不太可能存活的。尽管拥有世界上最具创新精神的实验室,AT&T推出新产品和服务的速度都很慢,而且成本也不低。正如《时代周刊》曾经指出的那样,“极少的公司更加保守,没有公司更加创新。”

通过回顾贝尔实验室做出的诸多贡献,让我们明白,不能将科技上的小步迈进误以为是重大的科技变革。还让我们认识到,不论 Facebook 的坚持的“快速向前,不断突破”,还是 Google 崇尚的“以合理的速度发展”,都不是我们追求创新的唯一途径,甚至都不是最好的途径。革命性的变革发生得很快,但是其影响却要很长时间才能消退。在很大程度上,我们还是从我们承担的风险中获利,并需要财政支持才能开展研究,这些情况甚至比半个世纪之前更甚。

贝尔实验室走向没落

随着职员接二连三的离开,物理学家们声称,曾经标志性的贝尔实验室最终离开了基础科学研究。

根据《自然》杂志的一篇在线新闻报道,目前只剩下4位科学家在贝尔实验室位于新泽西州的基础物理部工作。其他人要么选择了离开,要么被重新分配到公司的其他部门。Ronen Rapaport去年夏天离开了贝尔实验室,在以色列耶路撒冷希伯来大学谋求到一个职位,他说,“四个人称不上一个基础研究小组,只能算一个单一项目。”

不过,来自贝尔实验室母公司阿尔卡特朗讯(Alcatel-Lucent)的负责人称,关于贝尔实验室“死亡”的报道很夸张。贝尔实验室研究副主任Gee Rittenhouse表示,基础科学仍在,只是不再是物理方向。他说,“我们已经将基础研究转变到包括数学、计算机科学、网络以及无线。”

建立于1925年的贝尔实验室一度被认为是全世界物理方面最卓越的产业实验室。在那里,晶体管和激光等发明不断获得诺贝尔奖。这些早期工作大部分都是由实验室当时的母公司AT&T资助的,该公司垄断美国电讯行业半个世纪之久。不过随着贝尔实验室在1996年被迫纳入朗讯科技旗下以及2001年电信设备需求大幅下降,实验室的情况迅速恶化。

在裁员压力下,2002年,贝尔实验室的声誉又大受打击。它的“明星”研究人员Jan Hendrik Sch?n被发现在大量论文中伪造数据。尽管一些人坚信,随着2006年朗讯与法国阿尔卡特公司合并,贝尔实验室将会转运,但事实却并非如此。阿尔卡特朗讯6个季度连续亏损,股票价值大减,公司董事长和CEO双双宣布辞职。

母公司的麻烦统统都反映在了贝尔实验室上。实验室职员级别减少,一些大楼被卖给了房产投资商,今年二月,贝尔实验室还关闭了一台档次最高的硅制造设备。

考虑到严酷的前景,许多科学家开始寻找新的工作,以避免可能的裁员。在动荡过后,有大约30名物理学家组成的精英小团体仍然坚守在基础研究领域,但现在,这些人中的大多数也已经选择离开,寻求更加稳定的工作。美国国家标准化与技术研究所(NIST)的Vladir Aksyuk曾是贝尔实验室的访问学者,他说,“公司已经不再能够支持研究了。在走廊里随便看看,有一大堆的空屋子。”

Rittenhouse没有否认,贝尔实验室关注的焦点已经发生了变化。不过,他表示,贝尔的研究需要与公司的需求相结合。2002年,朗讯已经将公司的半导体商业部分分离出去,从那时起,它的商业需求就不再是材料科学,而是转向网络。Rittenhouse说:“我们不得不调整物理研究组的重心。”除量子计算外,阿尔卡特朗讯现有的约850名研究者继续在高速电子学、微机械电子设备领域从事研究工作。“我们仍然能做好的科研,”他说。

不过对于Rapaport这样的物理学家而言,风平浪静的日子已经结束了。他从阿尔卡特朗讯带出的股票已经贬值得不成样子,以至于他都不愿意操心卖掉它们。“我可以把它们贴在墙上,作为对贝尔实验室的纪念。”

虽然贝尔实验室今天已经式微了,但其创造出来的成果仍然在改变着全球人民的生活,推动技术进步。这时我不禁想,中国为什么就出不了属于自己的贝尔实验室,而美国却在1925年就开始了那么波澜壮阔的技术攻坚,就快一百年过去了,中国连1925年的美国的追不上,谈何中国梦?诚然,在这波互联网创业高潮中,以BAT为首的企业已经走进了全世界人民的眼球,开拓出了甚至是美国人都不能创造的成果,但这是否代表中国真的崛起了?在基础研究方面,中国又能怎么跟别人去角力呢?然而,我也不知道!

原文标题:贝尔实验室:凭什么缔造了现代科技的半壁江山

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