美国今天能负担得起晶体管吗？ - 彭博社

不久前，迈克尔·鲁克斯是新泽西州红银行贝尔通信研究公司（Bellcore）的一位顶尖物理学家。他拥有一个现代化的实验室，并有自由研究他的专业：半导体材料中电子的运动——他表示这项研究可能会导致“未来更小的晶体管”。然后，在1991年，贝尔公司停止了大部分物理学的长期研究，转而关注其客户——贝尔电话公司的即时需求。包括鲁克斯在内的数十名科学家被解雇，鲁克斯随后在加州理工学院获得了终身教职。“贝尔公司花了多年时间建立了一个最好的企业研究实验室，”鲁克斯感叹道，“但只用了几个月就被摧毁了。”

贝尔公司的新重心在于快速结果，这是自第二次世界大战以来美国科学最广泛的重定向。50年来，联邦政府、大学和企业实验室的强大团队令世界惊叹：美国的研究大学排名第一，美国人在诺贝尔奖中占据主导地位。但冷战的结束、全球竞争的压力和预算紧缩迫使人们重新思考美国科学的方式和原因。“我们需要科学与政府之间的新契约，以应对21世纪的挑战和机遇，”众议员里克·布歇尔（民主党，弗吉尼亚州）说，他是众议院科学小组委员会的主席。对许多人来说，这意味着将美国250万科学家、700个政府实验室和数百个大学实验室的焦点重新放在短期目标上——例如提升竞争力或解决社会问题。

企业实验室已经在引领这一潮流，从AT&T到埃克森美孚再到IBM。根据宾夕法尼亚大学经济学家埃德温·曼斯菲尔德的估计，从1986年到1990年，工业界将其长期研究资金削减了15%。德州仪器公司，集成电路和其他突破的共同发明者，现在只追求一个大型基础研究项目：开发微型超快速集成电路。杜邦公司，尼龙和凯夫拉尔的创造者，已将其长期研究从数十个领域缩减到“仅仅五个，”杜邦新近退休的研发高级副总裁亚历山大·麦克拉克兰说。

相关性，或者别的。逃往学术界的研究人员担心这一趋势可能也会蔓延到那里。华盛顿去年在研发上花费了760亿美元，资助了全国260亿美元基础研究的大部分，主要是在大学（图表，82页）。现在，国会给国家科学基金会下达了一个惊人的命令：将其20亿美元研究预算的60%用于被认为与国家需求相关的项目。根据“相关性”的定义，影响可能会很大。如果国家科学基金会不追求“科学引领技术、产品和就业的活动，”马里兰州民主党参议员巴巴拉·A·米库尔斯基说，她的拨款小组可能会将其预算削减多达三分之二。

与此同时，克林顿政府正在增加其他机构在“商业重要”技术上的支出，例如清洁、高效燃料的汽车和平板显示器。这一变化和米库尔斯基的最后通牒让研究人员担心基础科学会受到挤压。去年秋天，国会投票决定取消110亿美元的超导超级对撞机（SSC），这是全国最大的基础科学项目。而克林顿提出的1995年预算要求基础研究增加2%——这实际上是经过通货膨胀调整后的削减。

这些决策涉及的利害关系巨大。在第二次世界大战之前，基础科学在美国的优先级很低，纺织、化学和钢铁等行业都是建立在欧洲研究人员的发现之上的。然而，随着自由世界的生存突然受到挑战，华盛顿向科学项目注入了数百万美元，这些项目导致了原子弹、先进雷达和新药物的出现。“战争努力教会了我们充分支持研究对我们的舒适、安全和繁荣的重要性，”富兰克林·D·罗斯福的科学顾问范尼瓦·布什写道。在他1945年的经典报告《科学——无尽的边界》中，布什主张公共资金-

为科学而进行的研究将导致新产品、新产业和更高的生活水平。

在很大程度上，布什是对的。美国的 wartime 发现推动了航空航天、核能、药物和电子产业的增长。在接下来的四十年里，基础研究产生了晶体管、激光和分子生物学——这些是美国世界领先的计算机、通信和生物技术产业的基础。科学家们说，现在公司减少这样的工作已经够糟糕了。如果华盛顿也这样做——即使日本每年将基础研究支出提高两位数——整个产业可能永远不会诞生。“如果我们停止推动前沿，整个创新过程最终将崩溃，”普林斯顿大学电气工程教授詹姆斯·C·斯图尔姆警告道。

然而，尽管承认这一点，批评者认为当前方法存在缺陷：仅仅创造知识并没有保证为支付账单的人带来利润。“国会注意到，日本人在汽车和电子产业中已经把我们打败了……用我们自己的科学，”联合技术公司的科学与发展高级副总裁罗伯特·J·赫尔曼说。例如，录像机、平板显示器和光盘播放器都是基于美国的研究，但在国内没有得到利用。关于如何避免这种失败的激烈辩论加起来构成了“过去40年来对科学角色的最大动荡，”众议院科学委员会主席乔治·E·布朗 Jr.（加州民主党）说。这是因为任何错误都将是长期存在的。“一个新的范式将会出现，”加州大学圣巴巴拉分校工程学院院长文基·纳拉亚纳穆尔蒂说。“希望我们能正确地称之，但我们只能在未来很久之后才知道。”

那些认为科学应该更相关的人确实有一些有力的论据。“在过去的40年里，研究与实际问题之间的联系变得越来越薄弱，”施乐公司帕洛阿尔托研究中心（PARC）主任约翰·西利·布朗说。例如，量子物理等领域的发现为晶体管和激光奠定了基础。但高能物理的新进展如此深奥，以至于连科学家们也看不到太多的收益。这也是国会削减SSC预算的部分原因。

大片电影。除此之外，创新的路径正在向操控现有技术倾斜。乔治梅森大学公共政策教授唐·E·卡什的研究发现了这一点。卡什将1970年世界销售额最高的30种产品与1990年的前30名进行了比较。1970年的名单主要由化学品、石油衍生物、金属、塑料和药物主导——许多是实验室发现的结果。然而到1990年，组装产品——消费电子、计算机、汽车、飞机和电信设备——占据了前30名。目前，“70%的新想法来自制造和营销，而不是研发，”卡什说。“突破仍然带来巨大的好处。但这不是行动的所在。”

这一认识恰逢冷战结束促使国会审查一个60%与国防相关的联邦研发预算。这项调查将揭示一个令人不安的真相：“和平时期的经济无法像冷战时期那样迅速吸收[发现]，”贝尔科尔总裁乔治·H·海尔迈尔说。“我们有这个奇妙的研究引擎，产生的技术超过了系统能够投资和部署的能力。”

不友好的削减。越来越多关注利润的高管达成共识。根据行业赞助的竞争力委员会的估计，在经历了几年的削减后，美国主要公司在长期项目上的研发支出不到22%，而日本同行则接近50%。今年可能会带来最不友好的削减：在工业研究院对253家大型研发支出公司的调查中，41%表示他们将在1994年减少总研发支出，而计划增加的仅占20%。计划削减长期研究资金的公司是计划增加的公司的三倍。德州仪器的高级副总裁帕拉布·查特吉表示，长期研究所需的平均回报期“已从1980年代中期的10年缩短到大约5年”。在一些公司，视野更短：加州红木海岸的手写识别公司Communication Intelligence Corp.的研发副总裁约翰·奥斯特雷姆表示，仅为两年。

等等！贝尔核心的研究副总裁罗伯特·W·拉基表示：这些趋势意味着“我们在短期方向上走得太远”。更糟糕的是，东曼·科达首席执行官乔治·M·C·费舍尔等专家认为，这种做法是基于一个谬论。他们表示，美国公司未能推出新产品的许多失败并不在于研究，而在于缺陷的商业愿景。施乐公司发明了个人计算机的关键元素，却看到苹果公司将其商业化。IBM开发了高速RISC微处理器，但惠普和太阳微系统使其成功。尽管美国电话电报公司拥有声名显赫且昂贵的贝尔实验室，但如今却受到MCI和Sprint等新兴公司的挑战，这些公司几乎不进行研究。

物理学家和IBM老兵杰瑞·M·伍达尔说：“管理层没有审视自己，而是对研究人员采取了强硬措施。”阿尔弗雷德·P·斯隆基金会的主席、前IBM科学与技术高级副总裁拉尔夫·E·戈莫里补充道：“我们需要更好地将科学转化为工业。但你不能通过扼杀科学来做到这一点。”

事实上，科学家们争辩说，企业的削减使研发中出现了两个日益扩大的空白。一个是在“夹层”研究中——从一个有前景的想法开发原型，例如使用全息图存储大量计算机数据。这项研究可以是基础的或应用的，NSF微电机械系统项目经理林顿·萨尔蒙说：“这是‘高风险、高成本’的。这就是为什么每个人都在退出这个领域。”

真空清理。下一个空白出现在夹层以下——在“底层”研究中，这些研究首先导致了新想法。它不一定是蓝天研究。例如，贝尔实验室在1947年发明了晶体管，当时试图找到一种更可靠的真空管替代品。但研究人员可以自由探索有前景或令人困惑的途径，即使这些途径远离起点。在这项研究中，障碍通常提供了机会。施乐PARC的布朗解释说：“一个障碍可能会让我更了解世界某个部分的运作。”鉴于行业的削减和提议将更多联邦资金用于目标导向的研究，“现在可以合理地问，未来谁将进行长期的、更加基础的研究，”贝尔科尔的海尔迈尔说。

举一个例子。在1980年代末，麻省理工学院林肯实验室的科学家们正在为快速电路制造砷化镓晶体管，当时温度故障导致材料中含有过多的砷。这使得它对晶体管无用，但IBM托马斯·J·沃森实验室的杰瑞·伍达尔发现，砷在材料中形成了小块。他说，这不仅揭示了“一个全新的物理现象”，而且该材料的独特性质正在导致超快速光探测器等设备的出现，以适应信息超级高速公路。

问题是，这项工作不再符合“大蓝”的即时商业需求，伍达尔说。因此，他去年七月离开了普渡大学——他现在担心行业和政府对这类项目的支持可能会枯竭。“如果没有人支持蓝天研究，十年后我们将不会有像我新设备这样的东西，”他说。全国各地的科学家们讲述了其他想法的类似命运，比如更持久的橡胶、新型内存芯片、微型机器，以及捕捉彩色图像的创新方法，无论是电子方式还是化学方式。

施乐的一项项目显示了这种短视的后果。施乐的PARC并不是仅仅为了改善其复印机和激光打印机的打印头而进行研发，而是开创了一种用一种叫做非晶态多晶硅的材料制造薄型晶体管的方法。这项工作导致了平板显示器和扫描的新技术——加上一个激光打印机。“通过深入研究一个问题，我们现在可以预测进入三个新的市场领域，”布朗说。“如果我们只是专注于打印头，我们就永远不会看到这些其他机会。”

有迹象表明，华盛顿的科技专家们看到了对长期科学的威胁。“我们一直关注商业化问题，认为研究很好，”一位政府分析师说。“现在是时候关注研究了。”因此，尽管白宫推动一项10亿美元的计划来开发一种清洁、高效的汽车，但在备忘录中也告诉政府机构将“对基础研究的积极支持作为首要任务。”而在一月下旬，它召开了一次高层公共会议，讨论如何保持美国在基础科学方面的领先地位。

虽然尚未出现全面的愿景，但《商业周刊》对75位政府、行业和科学领袖的采访揭示了许多有趣的想法。专家们提倡一种平衡的做法，涉及在进展缓慢的领域（如高能物理）进行削减，同时在快速进展有望带来回报的学科（如分子生物学和信息科学）进行新的投资。与此同时，普林斯顿高等研究院院长菲利普·A·格里菲斯表示，保持科学人才以推动研究至关重要，因为一旦沉寂的领域因发现而转变。为此，斯隆的戈莫里提倡一种双重方法：确保美国在所有主要科学领域保持领先地位。然后，在那些承诺丰厚回报的领域，增加以结果为导向的工作的资金。

所罗门式科学。尽管这种方法仍然广泛，但将导致痛苦的调整，尤其是对大学而言。科学支出的巨大增加导致1977年至1989年间美国博士科学家的数量增加了41%——并非所有人都是顶尖研究人员。“一位杰出的科学家可以做出100倍或1000倍于几乎同样优秀的人的贡献，”加州理工学院校长托马斯·E·埃弗哈特说。无论如何，这支科学家队伍正在追求太多平庸的项目，国家科学院院长布鲁斯·阿尔伯茨补充道。专家们表示，解决方案是消除冗余工作，资助优秀项目，并要求更多成果。这些举措可能会产生更好的科学，同时为诸如商务部的先进技术计划（框）等努力释放资金，该计划促进夹层研究。

制定合适的政策将是困难且风险重重的。最终目标必须是保持基础科学、中间研究和产品开发的健康，同时仍然产生短期成果。“我们在谈论所罗门的智慧，”商务部技术副部长玛丽·洛威·古德说。但与为国家开辟新的研发路径相比，所罗门的任务似乎简单：他只需决定哪位女性是她们都声称的孩子的母亲。

研究正在退却的地方

科学是一种不可预测的偶然发现与死胡同的混合，难以分类。由于许多基础新知识具有实际应用，因此很难将研究标记为基础研究或应用研究。但可以做出区分。以下是美国在各种类型研究中的发展方向，1993年的总支出为1608亿美元：

研究类型 1. 基础无向研究 2. 基础定向研究 3. 中长期研究 4. 产品开发

它是什么

1. 由好奇心和对基础知识的探索驱动的科学。

2. 探索基本现象的长期研究——但有特定目标。在许多情况下，研究人员仍然有自由去追随意想不到的途径。

3. 尝试将大胆想法转化为产品原型的基础和应用研究。这是昂贵且高风险的，因为许多想法不会成功。

4. 将原型转化为产品并改善现有产品。涉及开发制造过程的改进和满足客户需求。

谁在做这件事

1. 联邦资助的科学家和研究大学的研究生。

2. 主要由政府拨款支持的大学、国家实验室，以及贝尔实验室或IBM的托马斯·J·沃森实验室等大型企业实验室。

3. 主要是公司实验室，但也有一些大学。

4. 公司业务部门的工程师、制造专家和市场部门。

趋势

1. 资金增长，主要来自华盛顿，已放缓。科学家的数量增长得更快，因此找到资金的机会正在减少。

2. 自1980年代中期以来，行业实验室显著削减，政府拨款的增长也较慢。

3. 杜邦、德州仪器、贝尔实验室和贝尔核心等大公司的重大削减。

4. 竞争压力迫使美国公司变得更加高效。开发项目在研发支出中占据了更大的份额。

关注

1. 国会正在施压科学家将更多研究与国家需求联系起来。研究人员担心这会削弱美国的科学和竞争力。

2. 美国公司可能通过未能在未来产品基础技术上取得根本性进展而短视未来。

3. 美国公司将输给那些在此类研究中增加投入的日本等国的公司。

4. 一些人担心研究的削减将减缓新想法的流动，并最终抑制发展。