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深入孕育發明的搖籃

文 / 遠見編輯部    
2002-09-01
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深入孕育發明的搖籃
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在一棟辦公大樓一樓大廳的角落裡,擺著一排玻璃展示櫃,裡面展示了大約一百件東西,這些東西恐怕都可以名列過去七十五年來最重要的發明。不過來來往往的人們似乎都視若無睹,就跟那些放在許多高中體育館裡的獎盃陳列櫃一樣乏人注意。這個大廳是著名的貝爾實驗室(Bell Laboratories)的大廳,這裡的研究人員在科技上不斷有新的突破,就好像在運動場上頻頻破紀錄一樣。

大廳裡的四十個展示櫃述說著貝爾實驗室許多創新的故事。按照時間的順序來陳列,像是1947年的重大發明──電晶體,為數位時代揭開序幕,1954年的太陽能電池,接著在1962年發明了繞行地球的通訊衛星Telstar I。這個創新的故事涵蓋了無數的技術和科學領域。

貝爾實驗室已經在歷史留名。這裡的研究人員迄今創造了四萬多件發明,其中十一人共獲得六次諾貝爾物理獎。平均每一個美國家庭裡,至少有二十五件產品運用了貝爾實驗室發明的技術,例如電話、電視、遙控器、錄放影機、收音機、音響、雷射唱片播放機、電腦。

今天,這裡仍然很快地推出許多發明。在貝爾實驗室位於美國紐澤西州的總部,以及全球十六個國家裡的研究單位裡,共有一千八百五十名研究人員,平均每天推出四項專利發明。

雖然有這些耀眼的成績,貝爾實驗室目前仍然面臨一個關鍵性的轉捩點,因為支持貝爾實驗室的母公司朗訊科技公司(Lucent Technologies)受到通訊產業嚴重不景氣的重創。今年4月公布的季報顯示,業績不振的朗訊已經連續八季虧損。這一季的營收35億美元,虧損4.95億美元。在2001年,朗訊全年營收213億美元,較前一年下滑37%。如果貝爾實驗室這家傳奇性的研究機構想要保持卓越的發明能力,那麼朗訊的財務不穩定,將會對貝爾實驗室形成一大威脅。

貝爾實驗室成立於1925年,屬於美國電話電報公司(AT&T)的研究單位,後來成為AT&T孕育發明的搖籃,七十年來一直維持這個令人崇敬的地位。然而在1995年,貝爾實驗室從AT&T獨立出來,改為隸屬於朗訊科技(AT&T本身則早在1984年就被分割,以打破它原來的獨占地位)。當時所有的研究人員都很擔心,不知道朗訊是否會像之前AT&T那樣持續提供充裕的經費。雖然後來證明他們是過慮了,但是從此之後,這個地位崇高的實驗室就成為朗訊內部長期和短期研發之爭的角力場,長期研究是需要投注五至十年努力的基礎研究,短期研究則是為期兩、三年的研究計畫,公司需要這類計畫在短期內帶來回收。貝爾實驗室是否能繼續發明新科技,創造全新的產業,要視他們是否能在長短期研究之間尋求平衡。

朗訊仍支持貝爾實驗室

朗訊的財務是否健全,直接影響到貝爾實驗室研究計畫的經費。

從1996年開始,朗訊每年至少提撥營收的12%給貝爾實驗室,即使朗訊的營收大幅下滑時也不例外。一年前,朗訊陷入嚴重的財務危機。朗訊的股價重挫90%, 1999年每股75美元,去年4月時跌到7美元;2000年10月,朗訊董事會開除當時的最高執行長(CEO)麥克金(Richard McGinn);同時朗訊也開始虧損。朗訊大幅裁員好幾次,共裁掉兩萬名員工,包括許多貝爾實驗室的人員。

不過,朗訊的高階主管,包括1月份上任的CEO盧梭(Patricia Russo),仍然很支持貝爾實驗室。他們說,貝爾實驗室能提供朗訊未來所需的技術,好讓朗訊重新奪回通訊設備業的主導地位。例如在三年前,朗訊押寶在一項2.5-Gbps(每秒十億位元)的封包傳輸交換技術,這項技術遠不如北方電訊(Nortel Networks)10-Gbps的技術,後者的速度是前者的四倍,北方電訊搶走了朗訊的市場占有率和領導地位。但是貝爾實驗室隨即推出一項用於光纖網路的光學路由器,速度高達40-Gbps,最遠可傳輸一千公里。今年朗訊可望領先對手,最先推出採用這種技術的產品;這個產品的第一個版本在2000年7月完成,從實驗室的概念和構想到實際完成產品,只花了十五個月。德國電信公司(Deutsche Telekom)已經開始測試這個產品的最新版本,取名為LambdaXtreme Transportteq光纖網路系統。

通訊產業持續低迷,朗訊雖然有許多前景看好的產品,但財務狀況還是可能會惡化。財務問題只會加深研究人員對母公司和貝爾實驗室未來的疑慮,同時也加重他們的壓力,不知在產品研究和基礎研究之間該如何選擇。

電晶體發明三人組

研究人員到貝爾實驗室工作,是為了擴展知識,並且和其他優秀的科學家一起工作,而不是想受公司的約束來設計產品。不過這些目標並不一定是互相衝突的。例如去年貝爾實驗室「發明」的分子電晶體(molecular transistor)就是如此,許多科學家和雜誌把這項發明譽為2001年最重要的科學發明。

標準的矽電晶體能夠交換和擴大電子訊號,因此成為電腦工業發展的基石,也讓摩爾定律(Moore’s law)能夠成真,摩爾定律預測,一顆微晶片上面能夠承載的電晶體數目,每十八個月就會成長一倍。但是,兩名貝爾實驗室的研究人員,項恩(Hendrik Schon)和包亦南(Zhenan Bao,音譯),認為傳統的矽電晶體在十年之內就會達到物理極限。他們合作發明了能夠取代矽電晶體的分子電晶體。

他們兩人追隨貝爾實驗室早期三名研究人員的腳步:巴定(John Bardeen),布列敦(Walter Brattain)和夏克利(William Shockley),他們三人在1947年發明了第一個電晶體,從而開啟了數位革命。電晶體的體積較小,耗電較低,所以取代了體積較大的真空管,也讓電腦能夠發展到今天的面貌。1956年,他們三人獲得諾貝爾獎。

但現在有許多科學家都無法複製項恩和包亦南的分子電晶體,於是他們開始質疑這項突破性的新發明。朗訊內部也開始調查是否有弊端。

朗訊和貝爾實驗室的主管都表示,進行調查並不代表一定有不當行為,而且遭質疑有不當行為並不表示貝爾實驗室的研究人員受到愈來愈大的壓力,必須提出革命性的新發明,以解決公司的財務困境。「公司並沒有不當施壓,要求研究計畫一定要迅速推出新東西。我們進行的是長期研究計畫,無法立即對產品或技術有什麼貢獻,」貝爾實驗室對外溝通主任泰普里斯基(Rich Teplitsky)說。

泰普里斯基坦承這是朗訊第一次進行這類調查,但是如果分子電晶體真的被證明可行,就可能會有很大的商業潛力。分子電晶體比一粒砂小一百萬倍,體積大概只有現有電晶體的十分之一。分子電晶體可以由碳、氫、硫原子組成,比製造目前通行的矽電晶體更便宜,也更容易。

不過,目前還不確定是否真能開發出分子電晶體在商業方面的應用,就算可以,也還不清楚何時可以開發出來。

目前幾乎所有的相關研究計畫都面臨這個關鍵的議題,無論是貝爾實驗室,或是其他的研究單位都是如此,例如IBM(國際商業機器)的研究人員在分子電晶體方面也有重大的進展。

在1984年AT&T分割之前,貝爾實驗室受惠極大。例如在1982年,AT&T的經費極為充裕,因此能夠提撥2.75億美元進行基礎研究。雖然這筆經費只占20億美元營收的10%左右,但是相較於那一年全美國各公司投注在研發方面的經費,貝爾實驗室是最高的。當時貝爾實驗室在全球有兩萬五千名人員,目前大約一萬六千名。

然而,朗訊的財務表現不佳,業界愈來愈多人認為貝爾實驗室的經費可能會低於朗訊營收的12%,這是過去的下限,去年貝爾實驗室的經費為35億美元。「現在研究工作被納入公司的財務目標來考量了,」提供資訊科技諮詢服務的麥肯那集團(McKenna Group)董事長麥肯那(Regis McKenna)說。

貝爾實驗室的高階主管否認這個說法。不過他們承認,創新的速度必須要配合商業的現實環境,而且目前貝爾實驗室只有一小部分的經費用於基礎研究。「我們投資15%的經費在基礎研究上,不必擔心是否能對公司的產品有所幫助。我們希望這能成為創新的肥沃溫床,」貝爾實驗室研究總裁傑非(Jeffrey Jaffe)表示。

但是有一些在近年離職或被裁員的研究人員表示,貝爾實驗室的使命已經改變了。「現在,評估貝爾實驗室的方式是看他們對母公司的財務貢獻度。二十年之後回顧現在的做法,就可以知道這是在殺雞取卵,」紐曼(Peter Neumann)說。紐曼曾在貝爾實驗室的電腦科學實驗室任職長達十年,目前是一家非營利性質科學研究中心SRI International的主任科學家。

在貝爾實驗室工作了二十五年的卡培索(Federico Capasso)卻不同意這種說法,他目前是貝爾實驗室的物理研究副總裁。「我覺得最自豪的是,我們有一些頂尖的軟體和網路科學家在過去兩、三年間離職,現在又回來了,」傑非說。

研究成績光芒四射

由於有一些傳奇性的科學家仍在貝爾實驗室工作,因此能夠不斷吸引科學天才加入。其中一名傳奇性的人物就是理奇(Dennis Ritchie)。理奇和卡培索一樣,在貝爾實驗室已經工作了二十五年。理奇在1969年和湯普森(Ken Thompson)共同開發出Unix作業系統,以取代當時主宰市場的IBM作業系統。

目前網際網路大部分採用Unix伺服器。為了設計應用Unix的程式,理奇創造了程式設計的新語言C,目前C語言仍是大多數系統程式設計所採用的語言,後來的C++和Java語言也都是以C為基礎。

理奇否認了貝爾實驗室犧牲基礎研究以進行產品設計的謠傳。他說,貝爾實驗室一向都知道,他們努力研究的最終極目的是為了能應用在商業上。早在1973年,公司就要求研究部門向AT&T的管理階層提出年度研究計畫報告。但他表示,這並不代表主管會因此而給他們一筆錢來進行這些研究。他認為,有了朗訊負責業務方面的人員來參與,對於研究工作的推展會有幫助。

雖然有人質疑,但目前基礎研究仍是貝爾實驗室的重要工作。去年夏天,研究人員艾珍博(Joanna Aizenberg)和貝爾實驗室內部及外部的一些研究人員合作,在海星類的一種動物陽遂足(brittle star)身上發現了一種單晶體方解石微鏡片(single-crystal calcite microlenses)。這些微小鏡片的原理可以應用在光纖網路上。而且陽遂足的視覺系統也可以做為設計光學晶片的參考,以及把晶片設計印上矽晶圓材料的設計參考。

有些人認為,貝爾實驗室的光榮時代已經過去,他們能夠締造的最佳成績都已經陳列在大廳那些展示櫃裡了。但是他們錯了。艾珍博等人的研究證明了,即使經濟情勢不佳,研究經費縮水,貝爾實驗室仍然是一所欣欣向榮的研究機構。

貝爾實驗室能夠一方面進行基礎研究,同時也兼顧另外一些研究,以解決目前通訊網路遭遇的問題,這正回應了創辦人貝爾(Alexander Graham Bell)在一百年前為公司揭示的原則:「偶爾離開人們日常行走的道路,走到森林裡去。你必然會發現一些你從未看過的東西。」

本文出自 2002 / 09 月號

第195期遠見雜誌

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