淺談產業界與學術界的合作研究
作者：博維科技 時間：2020-12-10 09:53
最近網絡上有一個流傳甚廣的微故事：“某企業引進了一條香皂包裝線，結果發現經常會有空盒流過。廠長聘請一個博士后花了200 萬設計出一個全自動分檢系統。一個鄉鎮企業遇到了同樣的問題，民工花90 元買了一臺大電扇放在生產線旁，一有空盒經過便會吹走。”這個微故事不斷出現在筆者的視線中，想必在網絡上得到了公眾的認可、引起了共鳴，所以大家爭相轉發。平心而論，大多數人的內心其實是崇尚知識的，而用這個故事來揶揄以博士后為代表的科研人員，也許更多的是想表達對國內科研現狀的不滿。
其實在國內不僅是普通民眾對學術界不認可，即使在同一領域，產業界與學術界之間也存在明顯的隔閡，這在信息技術領域似乎尤為突出。產業界認為學術界的研究是自娛自樂、毫無用處，純粹浪費國家資源，而學術界則認為產業界的研發是山寨復制、水平低下，沒有技術含量。
相比較而言，美國信息技術的產業界與學術界則融洽得多，既相互尊重又互惠互利，既有分工又有合作，共同推動信息技術的發展。面對中美兩國產業界與學術界關系的巨大差異，我們不禁會產生很多疑問——美國是否也經歷過中國這樣的階段？他們今天的模式是如何形成的？美國的產業界與學術界之間是如何分工合作的？中國該如何改變產業界與學術界的關系？美國有哪些經驗教訓可以借鑒？
本文將就這些問題談一下筆者的個人觀察和粗淺看法，由于一個人的視角有限，難免有片面與不當之處，所以希望拋磚引玉，能引起更多對這個話題感興趣的朋友的探討，為改善我國信息技術領域產業界與學術界之間的關系提供一些建言。
一、美國學術界的探索
美國的學術界在與產業界互動過程中的分工是比較清晰的。為產業界輸送人才是學術界最重要的目標之一。從美國高校整個范圍來看，實習生模式是連接學術界與產業界的一種最普遍而又有效的方式，幾乎所有學校都允許和鼓勵學生到企業去實習。但是每所大學在具體的人才理念、培養方式、流動模式等方面又有所不同，或者說是各具特色。于是不同學校培養出來的人才也會有一些比較鮮明的特點，比如斯坦福大學的學生更喜歡創業，麻省理工學院的學生則更熱衷于攻克技術難題。這些模式是各大學不斷探索逐漸形成的。
斯坦福大學的硅谷之路【1】
今天的硅谷是名副其實的世界信息技術中心，是產業界與學術界有機融合的典范。斯坦福大學在硅谷的誕生和崛起過程中起了決定性的作用。正是20 世紀60 年代斯坦福大學工程學院院長特曼的天才創意——將1000 英畝校園象征性地廉價長期租給企業，才奠定了今天硅谷的輝煌。
然而，斯坦福大學與硅谷企業之間的合作模式也是在經歷了多次轉型和探索后才逐漸發展起來的。斯坦福大學成立于1891年，在最初的幾十年效仿了歐洲大學的“象牙之塔”理念，認為大學應該從事高雅的、形而上的研究，而開展應用研究則被認為是功利的、物欲的。
二戰期間，斯坦福大學調整了辦學理念，認為大學不應當是“不食人間煙火的象牙塔”，而應該是為社會公眾服務的機構，于是斯坦福大學積極參與美國聯邦政府與軍工企業的一些科研項目。然而這種轉變并不是一帆風順，畢竟大學和企業關注的側重點有所不同，雙方的做事方式與文化也有很大區別，所以在合作過程中不可避免地產生了一些矛盾。比如在20 世紀30 年代末，斯坦福大學曾經和企業有過一次不成功的合作。當時斯坦福大學物理系教師發明了微波電子管，美國斯佩里公司看中了該技術的市場前景，支付經費希望聯合產業化。但在合作過程中，斯佩里公司完全掌控了實驗室，干涉實驗方向，強制加快實驗速度，甚至限制教師發表學術論文，最終導致雙方不歡而散。這次失敗的經歷促使斯坦福大學反思到底該如何與企業合作。
二戰結束后，斯坦福大學開始探索建立新型的與政府和企業需求直接對接的教學科研與人才培養體制，推出了一系列新的措施。表1 列出了一些有代表性的措施，比如調整薪水，熱門專業教授的薪水可能是冷門專門的兩倍。這些措施的目標是讓各個院系能獲得盡可能多的外部企業資助，但這引起了抱怨——“辦大學像辦公司，教授都成了雇員”。
不過，這些改革措施為斯坦福大學的崛起奠定了堅實的基礎，而硅谷的企業和斯坦福大學也實現了深層次融合。由斯坦福大學的教授和學生們創辦的信息領域的公司包括惠普(HP)、思科(Cisco)、谷歌(Google)、雅虎(Yahoo)、威睿(VMWare)、貝寶(PayPal)、英偉達(NVidia)、硅谷圖形公司(SGI)、MIPS、升陽(Sun)、鄰客音(LinkedIn)、網飛(Netflix)、羅技(Logitech)……，還包括已跨入可穿戴設備產業的耐克(Nike)。2012 年的一項研究顯示斯坦福大學的畢業生每年創造2.7萬億美元的收入【2】。盡管“2.7萬億”這個數字大得讓人難以置信，但斯坦福大學確實在以其獨特的方式推動信息產業的發展。
“斯坦福- 硅谷”模式是否可以在世界其他地方復制？這個問題相信有很多人都在研究。我們肯定無法全盤復制，但其理念和一些措施也許值得借鑒。
加州大學伯克利分校計算機系的業界交流會
加州大學伯克利分校的計算機研究水平在全世界首屈一指，特別是在計算機系統結構方面。該校計算機系誕生了很多推動計算機產業發展的經典之作，例如Berkeley Unix, RISC, RAID,NOW, Berkeley AMP 實驗室的Spark。體系結構泰斗、發明RISC 和RAID 的加州大學伯克利分校教授大衛·帕特森(David Patterson) 曾多次提到這些項目成功的關鍵，其秘訣就是每年舉辦兩屆為期3 天的業界交流會。
帕特森教授在其最近的文章《如何建設一個糟糕的研究中心》(How to Build a Bad Research Center)【3】 中提到，這種交流會使實驗室每位成員都有機會與數十位來自業界的專家交流。專家會對項目的各個方面提出建議，這對項目的理解與研究方向的調整非常重要。而在學術界要得到這樣面對面的交流機會是非常難得的。這種交流會對學生的培養也起到了非常積極的作用。每位博士生在攻讀博士期間可以獲得至少10 次交流機會，這不僅有利于推進學生研究工作的階段性進展，也有利于培養學生的表達能力，而且還能擴大學生的社交圈，對他們未來擇業有很大幫助。一份針對已畢業的加州大學伯克利分校計算機系校友的問卷調查顯示，100% 的校友對業界交流會都給予了積極的評價。這樣的交流會在加州大學伯克利分校已經實行了近30 年，取得了非常顯著的效果，使該校的計算機研究始終處于國際最前沿，推動了計算機產業的發展。
除了每年定期舉行的業界交流會外，帕特森教授在其文章《您的學生是您的財富》(Your students are your legacy)【4】 中提到派學生去工業界實習的重要性。帕特森稱，當他的學生在尋找研究問題上遇到困難停止前進時，他就會讓這些學生到工業界工作6 個月。他們回來之后就能清楚地了解他們想做什么研究，更重要的是，他們知道了為什么要去做這個研究。
加州大學伯克利分校的這些舉措從研究成果與人才培養兩方面來看都是卓有成就的，為計算機產業不斷輸送動力。與斯坦福大學自上向下的設計不同，這些舉措并不需要學校層面上的特殊支持，更容易實施與操作，且不受地域和時間的限制，對我們國內的大學和研究機構有更大的借鑒意義。
美歐主流高校的理念轉變
大學最早是在11 世紀的歐洲誕生，其辦學理念與原則逐漸沉淀為“大學自治、學術自由”。這種理念讓大學在朝代頻繁更替的歷史進程中得以生存并不斷發展，成為人類歷史上最有生命力的社會機構。比如英國牛津大學創辦于1096 年，距今已有近千年歷史；劍橋大學創辦于1209年，也有800 年歷史。19 世紀初，德國人洪堡創建了柏林大學，將研究和教學結合，開辟了現代大學新模式，但仍以“大學自治、學術自由”為原則。一直以來，大學注重的是基礎學科和純粹學術的研究，離社會民生需求很遠。美國早期的大學如哈佛、耶魯等，都是模仿歐洲的大學建起來的，也繼承了這些辦學理念。
如今許多世界著名大學的理念發生了轉變。2011 年， 哈佛大學校長德魯·吉爾平·福斯特教授在哈佛建校375 周年之際接受媒體采訪時談到了哈佛的新治校理念。福斯特校長認為，“終生的學問始于學校，終于社會”，大學不再是“象牙之塔”，而應該服務于社會。為此， 哈佛大學通過一系列措施來踐行這一理念，比如創建了一個新的工程和應用科學院，加強應用技術研究；2011 年又籌建了創新實驗室(ilab)，鼓勵教授、學生參與創業。其他大學如普林斯頓大學、麻省理工學院，參與創業的教授與學生的比例也在不斷增加，在課程設置上也相應地有所改變。普林斯頓大學計算機系的辛格教授(J.P. Singh) 開設的“技術、商業與市場的跨界創新”【5】 課程會邀請很多風投專家、技術專家和有創業經歷的人士為學生介紹技術發展趨勢、管理方法、創業經驗等。
歐洲的大學與研究機構的理念也有轉變，比如劍橋大學的計算機實驗室主任安迪·霍珀(Andy Hopper) 教授極力推崇科學家與企業家結合的模式?；翮杲淌谏眢w力行，曾與人共同創辦過13家公司， 其中有3 家公司已經上市，包括如今可比肩英特爾的ARM 公司?；翮杲淌谠诠芾韺嶒炇視r鼓勵研究人員創業，并引入新的管理模式，例如實驗室項目的優先級會根據商業前景來動態調節，提出和實施共同財富創造框架(mutual wealth creation framework) 等。劍橋大學計算機實驗室在這些理念的貫徹下，在過去幾十年研制出了ARM、Xen等對計算機產業起到巨大推動作用的技術，也誕生了200 多家企業，霍珀教授本人則被英國廣播公司譽為“英國計算機歷史中的一位偶像級人物”。
這些理念的轉變值得學術界思考。一方面，國外頂尖大學的頂尖教授與工業界的聯系非常密切，這些頂尖教授幾乎都創辦過公司或在一些公司擔任首席科學家或首席技術官職務【6】。另一方面，許多大學教授在學術休假期間會選擇去企業工作，其中有不少最終選擇留在企業。德州大學奧斯丁分校的道格·伯格(Doug Burger) 教授和凱瑟琳·麥利金(Kathryn McKinley) 教授便先后去了微軟研究院。而哈佛大學的馬特·威爾士(Matt Welsh) 教授在學術休假期間到谷歌工作了一年后，決定從哈佛大學辭職留在了谷歌。
縱觀歷史，人類的研究活動越來越多地從探索客觀規律的科學研究向利用客觀規律的技術研究傾斜，而記錄重大技術突破的技術發展史其實就是一部人類社會發展的技術選擇史。這個觀點對于計算機這門應用性很強的學科而言尤其突出。如果說實踐是檢驗真理的唯一標準，那么除了少數發現客觀規律的計算機理論工作外，對于絕大多數計算機系統與應用技術而言，市場才是檢驗其價值的核心標準。
二、美國產業界的努力
美國的產業界對基礎研究與前沿研究非常重視，除了產品研發，很多企業還專門設立了從事基礎研究與前沿研究的實驗室。這些研究院與實驗室在一定程度上為企業提供了技術儲備。但企業內部的小循環并不能讓整個產業持續發展，因為推動整個產業發展不僅需要單項技術進步，還需要整個技術生態環境的支持，這包括大量的科研人員和足夠的科研投入。而培養人才與開展研究正是現代大學的社會職責，因此產業界一直以來都非常重視與學術界的聯系，并不斷探索新模式來加強這種聯系。
SRC：企業社團模式
20 世紀70 年代末到80 年代初，美國的半導體工業的發展進入了瓶頸期，一方面AT&T、IBM、施樂、西屋公司、通用電氣等大公司由于經費緊張，已不能像以前那樣繼續維持大規模的企業實驗室，因此都大幅削減了對基礎研究的投入，這導致美國企業在全球半導體產業中的份額和競爭力不斷下滑。另一方面，因為集成電路的設計和生產成本不斷增加，而聯邦政府投入的研究經費卻不斷減少，導致只有很少的大學開展半導體相關的研究。1982 年，全美上千所大學中只有不到100 位教授和學生從事半導體相關的研究【7】，美國的半導體產業前景一片灰暗。
面對如此嚴峻的局面，有“硅谷市長”之稱的英特爾聯合創始人之一羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce) 挺身而出，在1982 年給了拉里·桑尼(Larry Sumney) 一張個人支票，委托他負責啟動半導體研究社團(Semiconductor Research Corporation, SRC)。該社團是一個非盈利組織，其目標是定義半導體相關的研究方向、探索重要的潛在新技術、引導大學培養半導體研究方面的人才。
半導體研究社團的運作方式很像美國國家科學基金會(NSF)，但經費來源主要依靠加盟企業的會員費以及政府、軍方的部分支持。在半導體研究社團成立之初，其會員主要有IBM、英特爾、摩托羅拉等11 家企業，如今已經發展到20 多家。半導體研究社團負責收集企業的研究需求，并反饋到大學。大學教授則可以根據自己的研究興趣與優勢向半導體研究社團申請經費，一個項目幾十萬美元。例如，2011 年，多家企業因為對集成系統設計有研究需求，于是向半導體研究社團提交了一份3 頁長的白皮書，其中包含多核片上系統(system on a chip, SoC) 設計、系統功耗優化等5 大類35 個具體研究需求。大學教授可以根據該白皮書向半導體研究社團提交與這些需求相配的研究申請，半導體研究社團將會邀請專家對項目申請書進行評審，擇優資助。
在具體項目管理方式上，半導體研究社團根據不同的研究方向制定相應的研究計劃，每個研究計劃包含5~6個研究中心。筆者在普林斯頓大學時開展的PARSEC項目就得到了半導體研究社團的資助，隸屬于FCRP(Focus Center Research Program) 研究計劃中的GSRC(Gigascale System Research Center) 研究中心【8】。圖1 左側列出了參與GSRC 的大學教授，這些教授幾乎都是來自加州大學伯克利分校、斯坦福大學、麻省理工學院、卡耐基梅隆大學、普林斯頓大學、伊利諾伊大學香檳分校等頂尖大學。隨著時間的推移，有的教授在項目結束后退出，同時又會有新的教授加入。以GSRC 為例，該研究中心啟動于2008 年，2013 年結束。5 年期間共有來自25 所大學的84 位教授、561 位學生參與。GSRC的主管是普林斯頓大學電子工程系的沙拉克·馬利克(Sharad Malik) 教授。在他的精心組織下，GSRC 的教授與學生幾乎每周都可以通過網絡視頻會議系統WebEx 參加學術報告，了解其他研究小組的最新研究進展。此外，GSRC 每年還有兩次為期3 天的面對面交流會，會上各個大學的教授都會帶領學生參加，同時還有很多企業代表參加。在過去5年，GSRC 一共發表了3318 篇學術論文，12 項專利獲得了授權。參與資助的企業會員不僅可以共享這些研究成果，而且也吸引了很多學生加入企業。
半導體研究社團自成立以來不僅向學術界累計輸送了來自產業界的超過20 億美元的研究經費，而且還幫助產業界將需求及時有效地反饋到學術界，引導了學術界的研究方向，培養了大量半導體技術人才。20 世紀80 年代初全美高校不足100 人參與半導體研究的尷尬歷史一去不復返。在過去30 多年間，半導體研究社團累計資助了上萬名高校的學生參與半導體相關的項目，任何時候都有1200~1500 名學生參與到半導體研究社團項目中，而且絕大多數都是博士生。正是由于半導體研究社團在學術界與產業界之間扮演了重要的橋梁作用，推動了半導體產業的發展，2005 年美國聯邦政府授予半導體研究社團美國科技界的最高榮譽——國家技術創新獎章(National Medal of Technology and Innovation)。
企業聯合資助模式
企業聯合資助模式是一種定向資助模式，一般由若干公司聯合起來直接資助某個大學的實驗室，資助的力度達數百萬甚至上千萬美元。例如，2007 年3月，英特爾與微軟宣布聯合出資2000 萬美元，分別資助加州大學伯克利分校的“并行計算實驗室PARLab”與伊利諾伊大學香檳分校的“通用并行計算研究中心UPCRC”開展多核并行計算方面的研究工作。2011 年2 月，加州大學伯克利分校獲得了來自亞馬遜、谷歌和SAP 的聯合資助，成立了AMP(algorithm, machine, people) 實驗室，開展面向數據中心與大數據挑戰的研究。此后，AMP 實驗室又吸引了包括蘋果、微軟、臉譜、雅虎、英特爾、三星和華為等十幾家企業的資助。
企業聯合資助模式更像是一種捐贈模式，企業會對被資助的實驗室提出一些要求，比如研究人員投入力度、相應的匹配經費等，也可以分享研究成果。這種模式是建立在互惠互利的基礎上的，從實驗室角度來看，既獲得了經費又保留了學術自由度以及成果的支配權，這樣可以吸引更多更好的學生加入，開展一些富有挑戰的研究項目；從企業角度來看，通過這種方式與頂尖實驗室建立密切的聯系，可以參與到實驗室的研究過程和交流活動中，提供前沿需求信息，及時反饋實驗室研究工作中的不足，分享實驗室研究成果，同時還有利于從這些頂尖實驗室招募到優秀的畢業生。比如，資助AMP 實驗室的企業會被邀請參加實驗室內部每年兩次為期3天的交流會，而實驗室的畢業生也大都去了這些企業工作。
開源社區模式
近年來，開源已成為越來越流行的開發模式，世界各地的開發者根據自己的興趣逐漸形成各個開源社區，比如Linux 開源社區、Hadoop 開源社區等，促進了技術生態系統的快速發展。如今，越來越多的企業加入到開源社區，如雅虎發起和推動了Hadoop社區，IBM 投入了很多資源到Linux 社區。而臉譜更是打出“開源一切”(open source everything)的口號，公開了一系列內部項目，包括關于數據中心設計的開放計算項目(open compute project)、NoSQL 數據庫Cassandra、數據倉庫平臺Apache Hive等。
企業開源對學術界有很大的吸引力，能吸引大量的科研人員參與到開源項目的完善和優化中， 實現雙贏。一方面大學的教授和學生可以從開源項目中找到有意義的研究問題，做出好研究、發表好文章或找到好工作；另一方面，企業也能從大學研究成果中直接受益，將學術界提出的優化方案應用到產品系統中，同時還能吸引參與開源項目研究的博士生畢業后加入到企業。華人學者、俄亥俄州立大學的張曉東教授就是參與開源項目研究的典范。他的團隊通過對Apache Hive 存儲系統的研究，發現了其低效存儲的根源，提出了RCFile優化技術，該技術很快被臉譜采用，并在此基礎上作了改進應用到產品中。張曉東的團隊也因此在VLDB、SIGMOD 等頂級會議上發表了一系列文章，參與研究的學生在臉譜工作期間也得到了可觀的收入。對于臉譜而言，他們的系統性能得到了大幅提高，產生了巨大的經濟效益，而且還發表了頂級論文，吸引了更多博士畢業生加入企業，提升了企業的技術競爭力。這些正是得益于臉譜的開源計劃。
其他傳統模式
產業界與學術界之間的互動，除了上述新興模式，還有不少傳統模式：
1. 很多企業設立一些面向大學教授的研究資助項目(faculty research program)，大學教授可以向企業提交項目申請，通過評審后能獲得資助。這些項目經費額度并不多，往往只有幾萬美元，但企業對項目管理很寬松，教授在研究內容與經費支配上有很大的自由度。
2. 很多企業將一些最先進的產品免費捐贈給大學實驗室，希望實驗室能基于這些產品開展研究。例如，英特爾推出眾核芯片Xeon Phi 后，向普林斯頓大學李凱教授的腦科學課題組免費提供了60 顆Xeon Phi 芯片以及一批配套的Xeon 芯片，用于搭建一個基于Xeon Phi 的機群系統；英特爾為加州大學伯克利分校的并行計算實驗室提供一套搭載了支持硬件緩存劃分的Sandy Bridge處理器原型系統，用于評估緩存劃分效果。這些實驗芯片對研究非常有價值，但在市場上卻買不到，所以基于該實驗芯片的相關研究成果很快發表在2013 年度的國際體系結構頂級會議ISCA 上。
3. 企業面向大學招收實習生。學生在企業實習的過程中可以直接接觸企業的前沿需求，從而反饋到學術界。當他們回到大學后，很多人還是會繼續開展與實習相關的研究工作。
三、中國的機遇
筆者相信本文開篇的“博士后與民工”的故事是杜撰的，中國目前正面臨著產業升級，大多數企業是相信知識的力量、尊重知識的。事實上，中國的企業對前沿技術的需求越來越強。以華為公司為例，2013 年營業額高達2400 億元，利潤為210 億元，已經成為全球最大的通信公司。華為的4G 產品已經在全球占有最大市場份額，而對于5G 通信技術，更是處于全球領跑者的地位，這使得華為有著更強烈的掌握前沿核心技術的需求。國內互聯網企業擁有與國際一流企業相當的30% 左右的高利潤率，具備探索前沿新技術的經濟基礎。
事實上，國內的學術界與產業界之間的合作已經越來越密切了，合作的模式也愈加豐富，很多企業也在嘗試與學術界的各種合作模式。例如，華為公司與中國科學院計算技術研究所達成了合作協議，華為投入研究經費資助計算所研制面向云計算的高通量數據中心技術；騰訊公司不僅通過中國計算機學會設立“CCF- 騰訊犀牛鳥科研基金項目”，還出資3000 萬元與清華大學成立聯合實驗室；而淘寶公司則一直在積極地推動開源社區的發展。
與國外相比，國內學術界的觀念轉變似乎稍慢一些，科研人員很少主動與產業界交流。這種局面的打破需要科研人員與企業多交流，多向企業請教，多與企業合作。只有更深入地了解企業，科研人員才能獲取真正的產業前沿需求，才能做出真正有價值、有影響力的研究工作，才能贏得企業的信任與尊重，通過更廣泛深入的合作研究，共同推進信息技術發展。
