贴近原理层的科技发展

摘自电子工程专辑2013年2月1日

首先，这个题目似乎比较奇怪：什么叫做原理、什么叫做原理层，科技发展又难道还有不同层面的么？不是只有不同产业领域和不同水平的（科技产品）么？那么首先一个解释：这里是指对于科技发展的认识眼光、以及发展方法的；贴近原理的发展，简单说就是不去用"抄板"方式从表面尽快做出产品上市，而是另外一些工作，属于提升内功的、一旦提升就可以持续为多种产品和项目服务的那些东西。而原理实际上就是所有科学、技术里面的那些单元、建立于更基本概念上的道理，而不是一个整体模块拿来而完全不明白其内部。现在讲技术创新、产业升级转型、自主产权，这些都是希望做到有些更加根本的研发能力，也就是更加贴近原理层。而电子信息行业，很多原理，都是可以落实到"物理"上的。好啦，现在说开来。

中国是个科技后起国，这是不争的事实，因为中国古代科技不论从技术本身的传承，还是科技文化的传承（不只是科技工作者、还包括全民的科技思维），都完全断裂了。现代中国所有说得上科技的东西，都是从西方引进，或者是日本韩国等亚洲国家地区先引进成熟后再次引进到中国。这没关系，并非这样就不可以做原理了。实际上日本也是后起国，包括国家政体和科技都沿袭了西方。而他们引进和中国引进的一大区别就是：一边引进，一边也从贴近原理一些的角度去深挖，当然也就会有一部分逐渐自主创立的原理。例如刚开始学来了欧洲的汽车是拆开来仔细看有什么部件（如今中国展会上的手机平板电脑"拆解秀"哈），但是后来就会逐渐研究这些部件用什么材料做、用什么工艺做，以及设计上的逐渐完整的方法论了。而材料，如发动机内部高要求的钢材的冶炼、表面处理这些，是因为整个冶金工业能够从更加原理的层面去研习实验、达到了对于金属结构及处理方法上的深入理解，并非仅仅为了汽车发动机所使用。时至今日，日系车发动机已经具备超过西方大厂的水平，同时其使用的技术路线，不完全是照搬西方那些他们"拷贝"的原版了，但是，分子、金属、处理过程方法等的个中单元原理，一定是相近的，因为金属分子就那么几种，人类做汽车的需求也就那么一些，所以"殊途同归"了，超越就是很自然了的：你欧洲人早50年做的事情，也是基于同样一些原理的组合嘛！日本为什么会做到这样的"深层仿制"，一个原因是他们民族的刻苦和韧性，以及作为岛国的危机感，再有就是能够想到别人能做到的我们也能同样从原理上做、做好了以后就可以完全不依赖别人了。

那么中国是否也有从原理层上的近代科技发展历史呢？应该说也是有的。例如，"自力更生"的年代，在老毛子曾经有过的一些技术援助都断掉了以后，本国国民基本生活必需品以及非常重要的国防所需要的技术生产能力都大大缺乏之时，也就必须"从头来"。那时候电子管晶体管都基本从头做出来了，国产收音机的"原理图"也是自己设计的，基于什么？超外差的原理呀、电磁波广播的原理呀、各种器件用什么材料去做呀、它们的性能指标呀，都是自己做的，甚至电阻电容早期的标称值系列。我个人从小就是"无线电爱好者"，虽然还在中学之前的年龄，不可能懂得很多原理，但至少也知道为什么电阻丝越细阻值越大、自己缠电感为什么有些要平绕、有些要乱绕；电容面积越大容量越大、但两极间贴得越近容量越大。有了这些，就知道电阻电容在并联和串联时的效果是相反、而并不需要像如今的大学毕业生们要硬背那些并联电阻值公式而并非懂得了。那时候上海天津有很多无线电厂，到最后电子管和晶体管的收音机已经做得很不错了，当然还是分立元件的，生产成本和稳定性还不是最好。

在国防领域更是了：从国外毅然回国报国的几个重要领域的科学家，在国外一定是已经在别人的平台上学到了几乎和别人相同的水平，对于"原子弹"的核物理、空气动力学、材料、控制等，虽然他们在国外时不可能直接去参与研制"原子弹"，但这些实际项目所需要的原理，他们都懂的相当可以了。然后在倾国之力的支持下，从头做起，包括培养更多的国内人才，以及从完整理论到生产工艺到测试方法，都从底层做起，而出现失败时也仍然是回到这些领域的基本层面去追究、去改进再来。因为那些领域一定是没有人可以给你"抄板"的啊！并且自己做，虽然是在走别人已经走过的路，也仍然要在同样的一些原理上操练过来一次。和日本的汽车发动机一样，最终做出来的也许不和美国的完全相同，但性能达到了、根本原理基本相同，就可以了，就成功了。

但是，到了后来，这些自力更生的道路，特别是在民用领域，为什么会逐渐落下差距的呢？首先，我们之前已经走到的水平，本身距离发达国家还是差了几十年。例如电视机到了彩电的时代，技术稍微复杂一些，就感觉自己开发吃力了。而这些并非非常尖端的技术，**又让它们几乎停顿：一声号令大家都没有物质需求了，也就不会要求看什么彩电来提升（事实上黑白电视也没有普及呢）。从64年到78年这15年民用科技几乎没有前进，但世界不等我们，先进国家本来基础就好（以后的博文会论及他们更深刻的基础根源），而在某些基础发展的阶段上，更好的基础会带来超过线性速度的发展、出现一些累计效应，所以，和我们国家的科技差距就又拉大了，应该是拉大了远不止15年。即使是在改革开放终于来到的78年以后，前面几年我们似乎都还不知道怎样去赶上呢，因为不仅仅是看到国外产品那么漂亮那么好用，里面的原理似乎早已不是咱们此前好不容易琢磨出来的那些了！或者说出现了若干崭新的原理、方法、设计和工艺。我在文革后期在工厂当工人，其中最后一年多参加了一个"技术革新小组"，用国产的门电路集成电路来搭建触发器、计数器，做数控车床。而当时我们用了一个大柜子才辛苦做成的四位十进数"计算机"，且不说抗干扰极差到无法在车间里使用，就说计算能力也太低级了。当时有朋友从日本带回一个简单的计算器，还没有函数功能的，10几位LED显示，我们都完全不明白那么小，是怎样完成这么多计算的、比我们的大柜子还要复杂N倍的计算！也就是说，我们的理解能力（包括革新小组里的大学毕业高材生的技术员），才到达门电路、触发器，而更深入一点的组合和时序逻辑都很差，更不要说软件编程了！当出现了这类原理积累上的"断裂层"，要想继续仅靠自己摸索，是非常缓慢的、特别是电子信息的科学原理和技术，以及生物、分子、材料等，所有现代科技中重要领域吧，需要的是原理上的积累。

到了后来，中国研发计算机很多年，其成果也没有抵抗到国外进口的、非常昂贵的IBM（及兼容）个人计算机，而其实这也仅仅是国外经历了若干年若干代发展以后、能够达到给人使用足够能力的计算设备的架构中的一种可能性而已，但对于我们，见到了IBM只能崇拜、只能把原来的研究成果统统自己否定掉、来扑在IBM的PC上做些应用软件开发吧。原理不会了，包括后来的组装PC机、甚至所谓品牌机，都是在WinTel架构上，而完全没有丝毫力量去动摇其中的丝毫，因为动了就不兼容了、就不工作了。那么怎样设计这些品牌机呢、怎样去配置安装这些组装机呢？知道原理么？不需要了！因为国外已经做好了所有的主要部件、连"主板"都有国外或台湾厂家做好了（后来国内人在这个层面上已经成功拷贝）；中国人就只需要懂得怎样组装电脑就可以了，那些在电脑城中的组装师傅们，小学毕业几个月就可以出师了。不过，大学里的老师也许连这还都不会呢！他们仍然在津津乐道地授课，曰《微机原理》，讲了改革开放后的30多年，基本前进不多，讲的是别人发明的原理、讲的是自己并不懂的为什么要那样的原理、为什么内存外存那样安排一下、用那样一些固定的架构去支持上面的操作系统，而那操作系统似乎也不懂得为什么要那样来制作，好像这一切都是一个上帝事先定好的：要计算就要内存外存处理器操作系统，并且就是这样一个操作系统、并且所有的软件都要在这上面来开发，并且谁开发出来了还很牛逼。为什么自己不从原理上重新建立架构呢？因为差别太大了，就赶紧进口或拷贝吧，否则咱们ZF的办公都没法解决呢！

更后来的一个例子是语音识别、笔者的专业之一。在1996年之前中国有若干最领先的大学和国家研究所参与这方面的研究开发，无奈也是停留在先进国家水平之外的重复进行的"学生级"研究，面对这样一个比较艰难的现代跨学科领域，成果比较落后，远达不到实用阶段。以至于当IBM的ViaVoice免费软件进来时，就完全被打垮了、自动放弃了研究。为什么？因为别人积累了10多年的成果已经集成进一个引擎和对外非常方便的开发包，能够基于此开发出非常优秀实用的大规模连续语音识别应用了。那么，大家就都来做应用层吧！岂不知，语音互动的科学和技术还有很多尚未完全解决的挑战，国外仍然在继续深挖，而我们真的就可以开始放弃研究而仅仅"享用"别人的工具引擎来做点应用就好了么！

而如今这么多大学研究所的计算机或软件专业，除了那些完全没有用处或无法鉴定其优劣的"学术成果"以外，全部的活动和成果，也几乎成了iOS或Android上的应用开发了！在这类事情上不懂得内部原理，就永远是跟在别人后面，不但是做不出自己的操作系统，就连在一个现成的嵌入式操作系统上做点点优化的结构改变，也完全无力了！其实，学术路径也几乎全是在别人提出的问题上、别人的方法框架上所做的少许拼凑修改而已。不但不是来源于实践的问题、更无法回到任何实践中去。现代的科技文献发表体系确实是因为学科的深入而越来越细、所有不直接接触实践的问题也在大量被发表、老外也同样。但是，如果一个国度仅仅做这样一类的学术，那么这个国度也同样是在脱离原理、缺少灵魂，这与电子市场上的抄板是出于同样的心理和内心能力的！但是，从另一个角度看，存在着大量有待解决的科技问题需要从学术的深度去寻找解决，并且有大量的学术思想空间需要去填充，却极少有人去做，是因为：有能力或心思去那样做的人，已经太稀少了。

在这些不得已的拷贝式"跨越发展"的时候，不仅对于原理掌握的能力变弱小了、从底层开发的能力消失了，更重要的是，人心在面对商业浮躁的同时，也就逐渐忘记"原理"在生活中存在的必要了、包括科技工作者在内的全民，也在逐渐忘记我们也是可以从底层弄懂、创造、甚至领先的民族了。"社会意识形态"也许是太大的一个词儿，但群体的心理认知模式，确实在人类发展的道路上，落下去了！（相关的教育话题，见另博）。

改革开放初期开始引进了大量的各类产品的生产流水线。这里面各处的工艺和原理是别人多年的积累，我们称他们为"有技术"，一些让当时的我们惊呆的技术：同样是一个地球上获取的资源来创造出来的精细美妙产品。为了市场需求，以及经济发展，这些引进都是必要的，同时国外也需要一个下游国家来吸收他们逐渐淘汰的相对落后和污染浪费的流水线。但是，我们引进这些的同时，像日本人那样去拆开细读这些流水线了么？也许有过一些为了降低成本的本国替代拷贝流水线。但是，有超过别人的水平的么？那就是需要对于这些原理的理解了。本来，别人给了你凝聚了很多原理的他们辛勤积累开发的成果，即使不告诉你这个原理的来源，实物在此，聪明人都是可以找到其中原理的，因为人类是相通的、地球是同一个、物理只有一种。而真正的"跨越式发展"本来是有机会的，就存在于这些现成成果的深入原理的学习中：一旦学习到了，自己就会有机会超越了。世界早已是平的了，地理和时间的屏障都不再存在。但是，也许是惊呆得太厉害了吧、也许是忙着赚钱了吧，反正是放着绝好的学习机会不去学，而变本加厉地去进口、去拷贝、去"享用"，硬是让自己成为落后而不明白！别人丢给我们不是最先进的设备和工艺的时候，甚至都不用担心我们会因此而学到什么、去超越和替代他们：因为我们只知道用、不会打开看！

回头看下如今的彩电行业（陶显芳先生另有博文，论及中国彩电几乎是中国电子产业改革后至今的核心发展道路呢）：其实不论是显像管的还是平板LCD的，产业上基本从一开始就靠的是进口技术，而自主技术虽然在开始时也做出了小屏幕显像管的彩电（如黄河等），但敌不过当时已经大量引进全套流水线做出的日本彩电：又好又便宜很多！为什么？自主研发虽有一定的原理做支撑，还是缺少更加深入和前卫的技术，而这些技术基于别人更深的原理，以及现代产业多个环节的相互支撑，例如国外当时集成电路已经很成熟，做出的彩电主板上就那么清晰简单的几块，成本低、功能丰富并可以方便升级、运行起来又稳定很多。所以，那时是从产业上失败了，但是似乎有少数人仍然不甘心，觉得这些原理我们也可以发展成产品啊！问题是，时代前进的步伐不等您，自己一步落后（实际上并非是一步、内里有很多步的基础缺憾），就要步步落后了。那么此后的彩电行业就成了一个完全的制造业，其中核心芯片至今也是进口为主，并且整机方案由上游芯片厂提供，然后再做个外壳，装好显示屏，完成了，上市了，只是自己的利润也几乎没有了！当"智能电视"概念开始至今，也就是说运行了Android的和能够直接上互联网的电视，功能似乎开始走"差异化"的丰富，似乎电视机厂家客观上又有了机会自己参与设计。但也许这些厂家自身的文化已经太习惯于仅做生产管理、产品开发也仅仅是看上游芯片有什么功能就做什么功能，加个外壳，那么给你一些从原理上开发设计的机会，也都不会了，似乎已经很遥远：那些核心芯片里的功能的原理，都不懂了，也不需要懂了，反正有完整方案，上游厂商是要保证电视整机的运行、才能保证大量卖它的芯片的。那么作为下游制造商似乎很牛：不用做事也能被上游厂所伺候着，但，自己这样地不懂内里原理还运行这样大的产业，就很被动、几无利润。为什么利润这么低？因为你在产业链上的贡献，确实几乎仅仅只是个搬运工啊！

另外CVD/DVD播放器产业发展过程中，绝大多数厂家靠进口芯片和完整方案来做到商务上的非常成功（世界领先），而及少数厂家想从解码算法去开发而完全失败的历史，虽与本文题目的"原理方法"相关，但涉及较多另外的话题，改在另外的博文再述。其它"较小"产业和更加后来起步的产业，再另文。

说了很多，是时候总结一下这篇博文了：恢复一下中国人本来就有、也被历史证明是确实拥有的从原理上搞科技的能力，面对如今的产业转型大瓶颈，拿出自身具备的潜在优势。并且很多技术，可以从中间某处切入，自然地"站在巨人肩膀"上来发展，利用如今越来越平的世界网络，发挥年轻人的热情，并且逐步做起来、找机会做起来，我们是一定可以在很多方面赶上科技发展的大时代的；不仅以提升自主能力的方式来"持续性发展"生产力，也更好地服务于国人的消费；这里拉动的内需，是不需要靠进口的。这里最根本的机会就在于：最重要的"原理层资源"，反而是免费的资源、是存在于我们大脑中的。因为，原理不需要更多的环境资源消耗和污染，甚至也不需要另外一个脑子。它需要的是一种思维、思想，是一种习惯，或对于自己的信任；它是大脑中的"软件"之一，并且是同一事物的美妙的方面。

而如果仅仅沉迷于抄板、从技术到产品到市场的完全跟随、表面性的"组合创新"却又完全没有乔布斯式的整体体验设计、或者所谓商务运作来靠欺骗国人一时比较低下的消费判断能力来发展，统统不是长路啦！年轻人、各个技术公司，你们难道真的想在这么好的前景面前不去走这么好的道路么？也呼吁那些有二、三十年工作经验的老工程师和教授们，一起参与这个新的潮流、恢复你们过去的从原理到实践一路通式的思维及工作方式，找到自己的平台去指导或实战、也让自己退休前的能量有个去处！让我们从华强北做起吧、从小的山寨手机平板电脑厂做起吧、从每一个工程师做起吧、从那些占据着讲台的老师们的热血做起吧、从"原理"做起吧。例如，不简单抄板的一个具体可行有效方法，就是去读懂你所做PCB上的主要器件的datasheet；所以这并非难到上天一样。其它更多的将对原理理解和发展，作为技术和产品开发的精髓，这类的例子，比比皆是，只要用心，例如对于同类基本原理在不同芯片已经做到的实现中的不同体现，去比较去理解，甚至芯片选用，产品就都会有提升。