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浅谈产业界与学术界的合作研究 精选

已有 34381 次阅读 2014-5-18 09:15 |个人分类:科研点滴|系统分类:海外观察|关键词:学术界,产业界,合作研究| 学术界, 合作研究, 产业界

【注:本文已发表在2014年第5期《中国计算机学会通讯》


       最近网络上有一个流传甚广的微故事:“某企业引进了一条香皂包装线,结果发现经常会有空盒流过。厂长聘请一个博士后花了200 万设计出一个全自动分检系统。一个乡镇企业遇到了同样的问题,民工花90 元买了一台大电扇放在生产线旁,一有空盒经过便会吹走。”这个微故事不断出现在笔者的视线中,想必在网络上得到了公众的认可、引起了共鸣,所以大家争相转发。平心而论,大多数人的内心其实是崇尚知识的,而用这个故事来揶揄以博士后为代表的科研人员,也许更多的是想表达对国内科研现状的不满。

       其实在国内不仅是普通民众对学术界不认可,即使在同一领域,产业界与学术界之间也存在明显的隔阂,这在信息技术领域似乎尤为突出。产业界认为学术界的研究是自娱自乐、毫无用处,纯粹浪费国家资源,而学术界则认为产业界的研发是山寨复制、水平低下,没有技术含量。

      相比较而言,美国信息技术的产业界与学术界则融洽得多,既相互尊重又互惠互利,既有分工又有合作,共同推动信息技术的发展。面对中美两国产业界与学术界关系的巨大差异,我们不禁会产生很多疑问——美国是否也经历过中国这样的阶段?他们今天的模式是如何形成的?美国的产业界与学术界之间是如何分工合作的?中国该如何改变产业界与学术界的关系?美国有哪些经验教训可以借鉴?

      本文将就这些问题谈一下笔者的个人观察和粗浅看法,由于一个人的视角有限,难免有片面与不当之处,所以希望抛砖引玉,能引起更多对这个话题感兴趣的朋友的探讨,为改善我国信息技术领域产业界与学术界之间的关系提供一些建言。

一、美国学术界的探索

      美国的学术界在与产业界互动过程中的分工是比较清晰的。为产业界输送人才是学术界最重要的目标之一。从美国高校整个范围来看,实习生模式是连接学术界与产业界的一种最普遍而又有效的方式,几乎所有学校都允许和鼓励学生到企业去实习。但是每所大学在具体的人才理念、培养方式、流动模式等方面又有所不同,或者说是各具特色。于是不同学校培养出来的人才也会有一些比较鲜明的特点,比如斯坦福大学的学生更喜欢创业,麻省理工学院的学生则更热衷于攻克技术难题。这些模式是各大学不断探索逐渐形成的。

斯坦福大学的硅谷之路【1】

      今天的硅谷是名副其实的世界信息技术中心,是产业界与学术界有机融合的典范。斯坦福大学在硅谷的诞生和崛起过程中起了决定性的作用。正是20 世纪60 年代斯坦福大学工程学院院长特曼的天才创意——将1000 英亩校园象征性地廉价长期租给企业,才奠定了今天硅谷的辉煌。

      然而,斯坦福大学与硅谷企业之间的合作模式也是在经历了多次转型和探索后才逐渐发展起来的。斯坦福大学成立于1891年,在最初的几十年效仿了欧洲大学的“象牙之塔”理念,认为大学应该从事高雅的、形而上的研究,而开展应用研究则被认为是功利的、物欲的。

      二战期间,斯坦福大学调整了办学理念,认为大学不应当是“不食人间烟火的象牙塔”,而应该是为社会公众服务的机构,于是斯坦福大学积极参与美国联邦政府与军工企业的一些科研项目。然而这种转变并不是一帆风顺,毕竟大学和企业关注的侧重点有所不同,双方的做事方式与文化也有很大区别,所以在合作过程中不可避免地产生了一些矛盾。比如在20 世纪30 年代末,斯坦福大学曾经和企业有过一次不成功的合作。当时斯坦福大学物理系教师发明了微波电子管,美国斯佩里公司看中了该技术的市场前景,支付经费希望联合产业化。但在合作过程中,斯佩里公司完全掌控了实验室,干涉实验方向,强制加快实验速度,甚至限制教师发表学术论文,最终导致双方不欢而散。这次失败的经历促使斯坦福大学反思到底该如何与企业合作。

      二战结束后,斯坦福大学开始探索建立新型的与政府和企业需求直接对接的教学科研与人才培养体制,推出了一系列新的措施。表1 列出了一些有代表性的措施,比如调整薪水,热门专业教授的薪水可能是冷门专门的两倍。这些措施的目标是让各个院系能获得尽可能多的外部企业资助,但这引起了抱怨——“办大学像办公司,教授都成了雇员”。


      不过,这些改革措施为斯坦福大学的崛起奠定了坚实的基础,而硅谷的企业和斯坦福大学也实现了深层次融合。由斯坦福大学的教授和学生们创办的信息领域的公司包括惠普(HP)、思科(Cisco)、谷歌(Google)、雅虎(Yahoo)、威睿(VMWare)、贝宝(PayPal)、英伟达(NVidia)、硅谷图形公司(SGI)、MIPS、升阳(Sun)、邻客音(LinkedIn)、网飞(Netflix)、罗技(Logitech)……,还包括已跨入可穿戴设备产业的耐克(Nike)。2012 年的一项研究显示斯坦福大学的毕业生每年创造2.7万亿美元的收入【2】。尽管“2.7万亿”这个数字大得让人难以置信,但斯坦福大学确实在以其独特的方式推动信息产业的发展。

      “斯坦福- 硅谷”模式是否可以在世界其他地方复制?这个问题相信有很多人都在研究。我们肯定无法全盘复制,但其理念和一些措施也许值得借鉴。

加州大学伯克利分校计算机系的业界交流会

      加州大学伯克利分校的计算机研究水平在全世界首屈一指,特别是在计算机系统结构方面。该校计算机系诞生了很多推动计算机产业发展的经典之作,例如Berkeley Unix, RISC, RAID,NOW, Berkeley AMP 实验室的Spark。体系结构泰斗、发明RISC 和RAID 的加州大学伯克利分校教授大卫·帕特森(David Patterson) 曾多次提到这些项目成功的关键,其秘诀就是每年举办两届为期3 天的业界交流会。

      帕特森教授在其最近的文章《如何建设一个糟糕的研究中心》(How to Build a Bad Research Center)【3】 中提到,这种交流会使实验室每位成员都有机会与数十位来自业界的专家交流。专家会对项目的各个方面提出建议,这对项目的理解与研究方向的调整非常重要。而在学术界要得到这样面对面的交流机会是非常难得的。这种交流会对学生的培养也起到了非常积极的作用。每位博士生在攻读博士期间可以获得至少10 次交流机会,这不仅有利于推进学生研究工作的阶段性进展,也有利于培养学生的表达能力,而且还能扩大学生的社交圈,对他们未来择业有很大帮助。一份针对已毕业的加州大学伯克利分校计算机系校友的问卷调查显示,100% 的校友对业界交流会都给予了积极的评价。这样的交流会在加州大学伯克利分校已经实行了近30 年,取得了非常显著的效果,使该校的计算机研究始终处于国际最前沿,推动了计算机产业的发展。

      除了每年定期举行的业界交流会外,帕特森教授在其文章《您的学生是您的财富》(Your students are your legacy)【4】 中提到派学生去工业界实习的重要性。帕特森称,当他的学生在寻找研究问题上遇到困难停止前进时,他就会让这些学生到工业界工作6 个月。他们回来之后就能清楚地了解他们想做什么研究,更重要的是,他们知道了为什么要去做这个研究。

      加州大学伯克利分校的这些举措从研究成果与人才培养两方面来看都是卓有成就的,为计算机产业不断输送动力。与斯坦福大学自上向下的设计不同,这些举措并不需要学校层面上的特殊支持,更容易实施与操作,且不受地域和时间的限制,对我们国内的大学和研究机构有更大的借鉴意义。

美欧主流高校的理念转变

      大学最早是在11 世纪的欧洲诞生,其办学理念与原则逐渐沉淀为“大学自治、学术自由”。这种理念让大学在朝代频繁更替的历史进程中得以生存并不断发展,成为人类历史上最有生命力的社会机构。比如英国牛津大学创办于1096 年,距今已有近千年历史;剑桥大学创办于1209年,也有800 年历史。19 世纪初,德国人洪堡创建了柏林大学,将研究和教学结合,开辟了现代大学新模式,但仍以“大学自治、学术自由”为原则。一直以来,大学注重的是基础学科和纯粹学术的研究,离社会民生需求很远。美国早期的大学如哈佛、耶鲁等,都是模仿欧洲的大学建起来的,也继承了这些办学理念。

      如今许多世界著名大学的理念发生了转变。2011 年, 哈佛大学校长德鲁·吉尔平·福斯特教授在哈佛建校375 周年之际接受媒体采访时谈到了哈佛的新治校理念。福斯特校长认为,“终生的学问始于学校,终于社会”,大学不再是“象牙之塔”,而应该服务于社会。为此, 哈佛大学通过一系列措施来践行这一理念,比如创建了一个新的工程和应用科学院,加强应用技术研究;2011 年又筹建了创新实验室(ilab),鼓励教授、学生参与创业。其他大学如普林斯顿大学、麻省理工学院,参与创业的教授与学生的比例也在不断增加,在课程设置上也相应地有所改变。普林斯顿大学计算机系的辛格教授(J.P. Singh) 开设的“技术、商业与市场的跨界创新”【5】 课程会邀请很多风投专家、技术专家和有创业经历的人士为学生介绍技术发展趋势、管理方法、创业经验等。

      欧洲的大学与研究机构的理念也有转变,比如剑桥大学的计算机实验室主任安迪·霍珀(Andy Hopper) 教授极力推崇科学家与企业家结合的模式。霍珀教授身体力行,曾与人共同创办过13家公司, 其中有3 家公司已经上市,包括如今可比肩英特尔的ARM 公司。霍珀教授在管理实验室时鼓励研究人员创业,并引入新的管理模式,例如实验室项目的优先级会根据商业前景来动态调节,提出和实施共同财富创造框架(mutual wealth creation framework) 等。剑桥大学计算机实验室在这些理念的贯彻下,在过去几十年研制出了ARM、Xen等对计算机产业起到巨大推动作用的技术,也诞生了200 多家企业,霍珀教授本人则被英国广播公司誉为“英国计算机历史中的一位偶像级人物”。

      这些理念的转变值得学术界思考。一方面,国外顶尖大学的顶尖教授与工业界的联系非常密切,这些顶尖教授几乎都创办过公司或在一些公司担任首席科学家或首席技术官职务【6】。另一方面,许多大学教授在学术休假期间会选择去企业工作,其中有不少最终选择留在企业。德州大学奥斯丁分校的道格·伯格(Doug Burger) 教授和凯瑟琳·麦利金(Kathryn McKinley) 教授便先后去了微软研究院。而哈佛大学的马特·威尔士(Matt Welsh) 教授在学术休假期间到谷歌工作了一年后,决定从哈佛大学辞职留在了谷歌。

      纵观历史,人类的研究活动越来越多地从探索客观规律的科学研究向利用客观规律的技术研究倾斜,而记录重大技术突破的技术发展史其实就是一部人类社会发展的技术选择史。这个观点对于计算机这门应用性很强的学科而言尤其突出。如果说实践是检验真理的唯一标准,那么除了少数发现客观规律的计算机理论工作外,对于绝大多数计算机系统与应用技术而言,市场才是检验其价值的核心标准。

二、美国产业界的努力

      美国的产业界对基础研究与前沿研究非常重视,除了产品研发,很多企业还专门设立了从事基础研究与前沿研究的实验室。这些研究院与实验室在一定程度上为企业提供了技术储备。但企业内部的小循环并不能让整个产业持续发展,因为推动整个产业发展不仅需要单项技术进步,还需要整个技术生态环境的支持,这包括大量的科研人员和足够的科研投入。而培养人才与开展研究正是现代大学的社会职责,因此产业界一直以来都非常重视与学术界的联系,并不断探索新模式来加强这种联系。

SRC:企业社团模式

      20 世纪70 年代末到80 年代初,美国的半导体工业的发展进入了瓶颈期,一方面AT&T、IBM、施乐、西屋公司、通用电气等大公司由于经费紧张,已不能像以前那样继续维持大规模的企业实验室,因此都大幅削减了对基础研究的投入,这导致美国企业在全球半导体产业中的份额和竞争力不断下滑。另一方面,因为集成电路的设计和生产成本不断增加,而联邦政府投入的研究经费却不断减少,导致只有很少的大学开展半导体相关的研究。1982 年,全美上千所大学中只有不到100 位教授和学生从事半导体相关的研究【7】,美国的半导体产业前景一片灰暗。

      面对如此严峻的局面,有“硅谷市长”之称的英特尔联合创始人之一罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce) 挺身而出,在1982 年给了拉里·桑尼(Larry Sumney) 一张个人支票,委托他负责启动半导体研究社团(Semiconductor Research Corporation, SRC)。该社团是一个非盈利组织,其目标是定义半导体相关的研究方向、探索重要的潜在新技术、引导大学培养半导体研究方面的人才。

      半导体研究社团的运作方式很像美国国家科学基金会(NSF),但经费来源主要依靠加盟企业的会员费以及政府、军方的部分支持。在半导体研究社团成立之初,其会员主要有IBM、英特尔、摩托罗拉等11 家企业,如今已经发展到20 多家。半导体研究社团负责收集企业的研究需求,并反馈到大学。大学教授则可以根据自己的研究兴趣与优势向半导体研究社团申请经费,一个项目几十万美元。例如,2011 年,多家企业因为对集成系统设计有研究需求,于是向半导体研究社团提交了一份3 页长的白皮书,其中包含多核片上系统(system on a chip, SoC) 设计、系统功耗优化等5 大类35 个具体研究需求。大学教授可以根据该白皮书向半导体研究社团提交与这些需求相配的研究申请,半导体研究社团将会邀请专家对项目申请书进行评审,择优资助。

      在具体项目管理方式上,半导体研究社团根据不同的研究方向制定相应的研究计划,每个研究计划包含5~6个研究中心。笔者在普林斯顿大学时开展的PARSEC项目就得到了半导体研究社团的资助,隶属于FCRP(Focus Center Research Program) 研究计划中的GSRC(Gigascale System Research Center) 研究中心【8】。图1 左侧列出了参与GSRC 的大学教授,这些教授几乎都是来自加州大学伯克利分校、斯坦福大学、麻省理工学院、卡耐基梅隆大学、普林斯顿大学、伊利诺伊大学香槟分校等顶尖大学。随着时间的推移,有的教授在项目结束后退出,同时又会有新的教授加入。以GSRC 为例,该研究中心启动于2008 年,2013 年结束。5 年期间共有来自25 所大学的84 位教授、561 位学生参与。GSRC的主管是普林斯顿大学电子工程系的沙拉克·马利克(Sharad Malik) 教授。在他的精心组织下,GSRC 的教授与学生几乎每周都可以通过网络视频会议系统WebEx 参加学术报告,了解其他研究小组的最新研究进展。此外,GSRC 每年还有两次为期3 天的面对面交流会,会上各个大学的教授都会带领学生参加,同时还有很多企业代表参加。在过去5年,GSRC 一共发表了3318 篇学术论文,12 项专利获得了授权。参与资助的企业会员不仅可以共享这些研究成果,而且也吸引了很多学生加入企业。

      半导体研究社团自成立以来不仅向学术界累计输送了来自产业界的超过20 亿美元的研究经费,而且还帮助产业界将需求及时有效地反馈到学术界,引导了学术界的研究方向,培养了大量半导体技术人才。20 世纪80 年代初全美高校不足100 人参与半导体研究的尴尬历史一去不复返。在过去30 多年间,半导体研究社团累计资助了上万名高校的学生参与半导体相关的项目,任何时候都有1200~1500 名学生参与到半导体研究社团项目中,而且绝大多数都是博士生。正是由于半导体研究社团在学术界与产业界之间扮演了重要的桥梁作用,推动了半导体产业的发展,2005 年美国联邦政府授予半导体研究社团美国科技界的最高荣誉——国家技术创新奖章(National Medal of Technology and Innovation)。

企业联合资助模式

      企业联合资助模式是一种定向资助模式,一般由若干公司联合起来直接资助某个大学的实验室,资助的力度达数百万甚至上千万美元。例如,2007 年3月,英特尔与微软宣布联合出资2000 万美元,分别资助加州大学伯克利分校的“并行计算实验室PARLab”与伊利诺伊大学香槟分校的“通用并行计算研究中心UPCRC”开展多核并行计算方面的研究工作。2011 年2 月,加州大学伯克利分校获得了来自亚马逊、谷歌和SAP 的联合资助,成立了AMP(algorithm, machine, people) 实验室,开展面向数据中心与大数据挑战的研究。此后,AMP 实验室又吸引了包括苹果、微软、脸谱、雅虎、英特尔、三星和华为等十几家企业的资助。

      企业联合资助模式更像是一种捐赠模式,企业会对被资助的实验室提出一些要求,比如研究人员投入力度、相应的匹配经费等,也可以分享研究成果。这种模式是建立在互惠互利的基础上的,从实验室角度来看,既获得了经费又保留了学术自由度以及成果的支配权,这样可以吸引更多更好的学生加入,开展一些富有挑战的研究项目;从企业角度来看,通过这种方式与顶尖实验室建立密切的联系,可以参与到实验室的研究过程和交流活动中,提供前沿需求信息,及时反馈实验室研究工作中的不足,分享实验室研究成果,同时还有利于从这些顶尖实验室招募到优秀的毕业生。比如,资助AMP 实验室的企业会被邀请参加实验室内部每年两次为期3天的交流会,而实验室的毕业生也大都去了这些企业工作。

开源社区模式

      近年来,开源已成为越来越流行的开发模式,世界各地的开发者根据自己的兴趣逐渐形成各个开源社区,比如Linux 开源社区、Hadoop 开源社区等,促进了技术生态系统的快速发展。如今,越来越多的企业加入到开源社区,如雅虎发起和推动了Hadoop社区,IBM 投入了很多资源到Linux 社区。而脸谱更是打出“开源一切”(open source everything)的口号,公开了一系列内部项目,包括关于数据中心设计的开放计算项目(open compute project)、NoSQL 数据库Cassandra、数据仓库平台Apache Hive等。

      企业开源对学术界有很大的吸引力,能吸引大量的科研人员参与到开源项目的完善和优化中, 实现双赢。一方面大学的教授和学生可以从开源项目中找到有意义的研究问题,做出好研究、发表好文章或找到好工作;另一方面,企业也能从大学研究成果中直接受益,将学术界提出的优化方案应用到产品系统中,同时还能吸引参与开源项目研究的博士生毕业后加入到企业。华人学者、俄亥俄州立大学的张晓东教授就是参与开源项目研究的典范。他的团队通过对Apache Hive 存储系统的研究,发现了其低效存储的根源,提出了RCFile优化技术,该技术很快被脸谱采用,并在此基础上作了改进应用到产品中。张晓东的团队也因此在VLDB、SIGMOD 等顶级会议上发表了一系列文章,参与研究的学生在脸谱工作期间也得到了可观的收入。对于脸谱而言,他们的系统性能得到了大幅提高,产生了巨大的经济效益,而且还发表了顶级论文,吸引了更多博士毕业生加入企业,提升了企业的技术竞争力。这些正是得益于脸谱的开源计划。

其他传统模式

      产业界与学术界之间的互动,除了上述新兴模式,还有不少传统模式:

      1. 很多企业设立一些面向大学教授的研究资助项目(faculty research program),大学教授可以向企业提交项目申请,通过评审后能获得资助。这些项目经费额度并不多,往往只有几万美元,但企业对项目管理很宽松,教授在研究内容与经费支配上有很大的自由度。

      2. 很多企业将一些最先进的产品免费捐赠给大学实验室,希望实验室能基于这些产品开展研究。例如,英特尔推出众核芯片Xeon Phi 后,向普林斯顿大学李凯教授的脑科学课题组免费提供了60 颗Xeon Phi 芯片以及一批配套的Xeon 芯片,用于搭建一个基于Xeon Phi 的机群系统;英特尔为加州大学伯克利分校的并行计算实验室提供一套搭载了支持硬件缓存划分的Sandy Bridge处理器原型系统,用于评估缓存划分效果。这些实验芯片对研究非常有价值,但在市场上却买不到,所以基于该实验芯片的相关研究成果很快发表在2013 年度的国际体系结构顶级会议ISCA 上。

      3. 企业面向大学招收实习生。学生在企业实习的过程中可以直接接触企业的前沿需求,从而反馈到学术界。当他们回到大学后,很多人还是会继续开展与实习相关的研究工作。

三、中国的机遇

      笔者相信本文开篇的“博士后与民工”的故事是杜撰的,中国目前正面临着产业升级,大多数企业是相信知识的力量、尊重知识的。事实上,中国的企业对前沿技术的需求越来越强。以华为公司为例,2013 年营业额高达2400 亿元,利润为210 亿元,已经成为全球最大的通信公司。华为的4G 产品已经在全球占有最大市场份额,而对于5G 通信技术,更是处于全球领跑者的地位,这使得华为有着更强烈的掌握前沿核心技术的需求。国内互联网企业拥有与国际一流企业相当的30% 左右的高利润率,具备探索前沿新技术的经济基础。

      事实上,国内的学术界与产业界之间的合作已经越来越密切了,合作的模式也愈加丰富,很多企业也在尝试与学术界的各种合作模式。例如,华为公司与中国科学院计算技术研究所达成了合作协议,华为投入研究经费资助计算所研制面向云计算的高通量数据中心技术;腾讯公司不仅通过中国计算机学会设立“CCF- 腾讯犀牛鸟科研基金项目”,还出资3000 万元与清华大学成立联合实验室;而淘宝公司则一直在积极地推动开源社区的发展。

      与国外相比,国内学术界的观念转变似乎稍慢一些,科研人员很少主动与产业界交流。这种局面的打破需要科研人员与企业多交流,多向企业请教,多与企业合作。只有更深入地了解企业,科研人员才能获取真正的产业前沿需求,才能做出真正有价值、有影响力的研究工作,才能赢得企业的信任与尊重,通过更广泛深入的合作研究,共同推进信息技术发展。

参考资料:

【1】《南大教授龚放谈斯坦福大学崛起之路:从象牙塔走向社会轴心》,南京大学新闻网,2012年2月27日。

【2】http://blogs.wsj.com/digits/2012/10/24/study-stanford-entrepreneur-companies-generate-2-7-trillion-in-revenue-annually/。 

【3】Communications of the ACM, Vol. 57 No. 3, March 2014。

【4】 Communications of the ACM, Vol. 52 No. 3, March 2009。

【5】 Princeton Computer Science 448, Innovating Across Technology, Business, & Markets, J.P. Singh。

【6】包云岗,谁推动了信息产业发展?中国计算机学会通讯,2012年9月。

【7】SRC: Celebrating 30 Years, 2012。

【8】https://www.src.org/program/fcrp/gsrc/ 




http://blog.sciencenet.cn/blog-414166-795432.html

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