當前位置: 華文世界 > 科學

達摩院、華為研究所,誰是中國的「貝爾實驗室」?

2024-02-05科學

改變人類命運,第三次科技革命的搖籃

第一台彩色傳真機、第一台助聽器、第一台語音合成器......,第一次實作影像訊號長途傳輸、第一完成離子註入改善器件特性的實驗......,第一次采用繼電器作為開關元建立數位布爾邏輯電路並打造了第一台電子數位電腦、開發的裝置制作了第一部有聲電影......,晶體管、C語言、UNIX作業系統......,由AT&T公司建立的 貝爾實驗室 在創新產出方面有著無與倫比的歷史,對20世紀持續至今的資訊科技革命產生了深遠的影響。

1948年,在貝爾實驗室任職的 威廉·肖克利 發明了 「晶體管」 (一塊連線著幾根導線的鍺塊),當時包括威廉·肖克利在內的人們怎麽也想不到,未來會有數以億計的晶體管整合在指甲蓋大小的矽片上,每秒進行數萬億次浮點運算。

威廉·肖克利和他的同事們

1955年,威廉·肖克利帶著他的發明前往加州聖塔克拉拉市創辦了自己的公司——肖克利半導體。之後就發生了「八叛徒」不滿威廉的管理方式,出走成立仙童半導體公司的故事,仙童半導體日後成為了半導體行業的「西點軍校」,無數人才從中出走,在周圍的 帕洛艾爾托、庫比蒂諾、聖荷西等城市繼續創業和從事半導體行業,矽谷也因此形成。其中,最著名的要數勞勃·諾伊斯和高登·莫耳,兩人從仙童半導體離職後創辦了英特爾公司並推出了世界上第一塊CPU Intel 4004,也正因4004芯片的出現,搭載圖形化使用者介面的MacBook以及Windows系統等產品才得以落地,谷歌、甲骨文、Autodesk等公司也應運而生, 由儲存在矽片上的0和1覆寫了現如今的世界。

威廉發明的晶體管

而這一系列故事都源於威廉·肖克利等人在貝爾實驗室發明了晶體管以及威廉·肖克利決定從美國東部的紐澤西州前往西部的加州創業。

同樣是在貝爾實驗室任職期間, 克勞德·夏農 發表了【通訊的數學理論】、【雜訊下的通訊】等論文,提出了大名鼎鼎的 夏農公式 來描述通訊系統,直至今日,我們所說的3G、4G、5G乃至於6G,都不過是在夏農公式劃定的範圍內狂奔。

克勞德·夏農

作為當時世界最大的科技公司,AT&T為貝爾實驗室慷慨解囊,貝爾實驗室有了母公司雄厚財力的支持,得以創造寬松舒適的環境,供研究員自由地開展課題研究,沒有考核、無需匯報,開展實驗所需的條件都被盡量滿足,因此貝爾實驗室雖以電話起家,但研究成果卻百花齊放,晶體管、積體電路、影像傳感器、太陽能電池、合成音樂、衛星通訊、密碼學、射電天文學都從中誕生。

在數位洪流中航行

作為中國最大的通訊和電子裝置制造商,華為一年收入超7000億,收入的四分之一投入研發,2022年研發費用高達1615億元,2023年預計將達到1800億,按研發金額能在全球排進第五名。

華為深圳研發中心

華為的研發部門主要有 華為研究所 2012實驗室 。華為研究所在國內北京、上海、西安、南京、成都、武漢、杭州、蘇州、廊坊、長春等地開設分所,主要做套用研究,圍繞三大業務展開。海外設有俄羅斯、法國、印度、加拿大、美國、日本分所,在俄羅斯、法國還設有數學研發所,開展基礎學科研究,其中最有名的故事,莫過於一位在華為俄羅斯數學研究所任職十多年的科學家,某一天突然宣布攻克了2G到3G的演算法,隨後就是華為在電信裝置業務上對易利信、諾基亞的全面趕超。

電影【2012】啟發了華為創始人任正非,未來資訊將如洪水一樣爆發,要想在數位洪流中航行,華為就需要打造一艘「諾亞方舟」,2012實驗室由此得來。隨後誕生了圍繞人工智慧研究的諾亞方舟實驗室、聚焦下一代儲能技術的瓦特實驗室、開發新型計算和演算法的夏農實驗室、深耕資料庫根技術的高斯實驗室、研究網路安全的謝爾德實驗室、開發作業系統的歐拉實驗室、從事處理器內核架構研究的圖靈實驗室、開展前沿光學研究的玻普實驗室以及從事基礎化學材料研究的侯德榜實驗室......

2012實驗室被譽為華為最神秘的組織,甚少對外公開,大名鼎鼎的海思半導體,原本也只是2012實驗室的下屬部門,直到2021年華為調整業務架構,才獨立出來。

2018年開始,華為抵禦了美國政府一輪又一輪的制裁,安卓被禁用,就推出自己的作業系統,EDA被禁用,就自研EDA,並且在2019年超越蘋果成為全球銷量Top2的手機品牌,依靠的就是長期的研發積累和充沛的研發實力。

問鼎武學巔峰

2017年3月,阿裏巴巴提出要面向未來20年組建強大的獨立研發部門,建立新的機制體制,儲備核心技術。同年10月,在杭州·雲棲大會上, 達摩院 正式宣布成立,在金庸小說中達摩院代表最高武學機構,圍繞基礎科學和顛覆式技術創新研究的達摩院則體現了阿裏在全球科技領域的雄心。

當時的阿裏已打造出了數位經濟生態,但底層硬體仍受制於人,2018年正值貿易戰的當口,阿裏決定由達摩院執行自研芯片計劃,瞄準影像和視訊處理打造一款AI芯片,同年還收購了當時國內唯一一家擁有自主CPU IP 核的中天微系統有限公司,並與達摩院自研芯片業務合並組建了平頭哥半導體有限公司。

2019年,平頭哥半導體釋出了AI推理芯片——含光800,基於12nm工藝, 整合170億晶體管,效能峰值算力達820 TOPS。根據釋出現場的演示,原本阿裏城市大腦即時處理杭州主城區交通視訊,需要40顆傳統GPU,延時為300ms,而只需換上4顆含光800芯片便可勝任,且延時減半至150ms。同樣,原先阿裏的圖片搜尋商品功能,每天會新增約10億張商品圖片,傳統的GPU算力方案辨識需要1個小時,采用含光800之後,便可降低至5分鐘。

目前阿裏在雲端運算、視訊編解碼、線上交易、電商搜尋、倉儲物流、新零售等業務環節上大量套用了平頭哥開發的處理器、AI推理、射頻辨識和SSD主控芯片。

也是2018年,阿裏成為繼IBM、微軟、谷歌和英特爾之後,全球第五家啟動量子硬體研發計畫的大型科技企業。達摩院也成立了量子計算實驗室,同年5月成功研制當時世界最強的量子電路模擬器,取名「太章」。2020年,阿裏釋出了阿裏雲量子開發平台(ACQDP),並宣布全面開源量子模擬器「太章2.0」,透過開放資源和研究來加速量子計算時代的到來。

基礎學科方面,達摩院組織了阿裏巴巴全球數學競賽,已成功舉辦5屆,吸引了25萬人次參賽。從2018年開始,達摩院每年都釋出對下一年十大科技趨勢的預測。

2020年,達摩院便在其年初發表的【白皮書】中預測了模組化降低芯片設計門檻,提到基於芯粒(Chiplet)的模組化設計方法用先進封裝的方式可跳過流片環節加快芯片交付。 2023年,華為攜自研7nm處理器回歸旗艦手機市場,Chiplet便在其中發揮了關鍵作用。

阿裏巴巴2022年的研發投入為554.65億元,在全球大約排進第22名,高於輝達、拜耳、台積電等公司。達摩院在人工智慧、積體電路等前沿領域重點布局,幫助阿裏構建從演算法(Alogrithm)、大數據(Big data)到計算力(Compute)的底層技術閉環。

3+3=∞

富士康作為全球最大的電子代工廠,一直以來都在努力擺脫大客戶依賴癥和「低端」標簽,50年生涯裏展開了「 F1.0 」到「 F3.0 」的戰略轉型,其中「 F3.0 」階段為產業升級。

2019年,母公司鴻海集團對外宣布布局三大未來產業和三大核心技術(3+3=∞),作為公司下一階段的成長動能,三大產業分別為電動車、數位醫療、機器人,三大核心技術則是人工智慧、半導體、新世代通訊。之後每年透過舉辦鴻海科技日(Hon Hai Tech Day),向外界展示在「3+3」領域的成果。

2023鴻海科技日

2022鴻海科技日

2020年,鴻海集團順應公司轉型戰略成立 鴻海研究院 ,下設六大機構——人工智慧研究所、半導體研究所、新世代通訊研究所、資訊安全研究所、量子計算研究所和離子阱實驗室。

研究院成立以來,在量子計算方面取得進展最多,研究成果多次被頂尖期刊接收,僅今年第一個月,就有兩項成果獲量子計算頂級研討會——第27屆量子資訊處理(QIP)國際會議接收。

去年5月,研究院與香港城市大學合作推出了自動駕駛深度學習模型QCNet,模型演算法在全球知名的自動駕駛汽車運動軌跡預測挑戰賽Argoverse 1和Argoverse2中分別取得排名第一的成績。

2022年鴻海集團研發投入36.74億美元(約合人民幣264億),全球排名約55位,去年前三季度,A股子公司工業富聯投入研發78.17億元,在A股5300多家上市公司中排名第20位。

結尾

近代以來,許多意義非凡的科技產物雖從高校和政府主導的實驗室中誕生,但大多都要經過企業實驗室的整合轉化,並經由企業完成商業化和產業化,才能照進現實。

希望正在進行的科技革命,能有來自中國的「貝爾實驗室」在其中發揮關鍵作用。