A series of articles on “Microelectronics and Silicon Valley” –Part 3

Thành tích nghiên cứu của Bell Labs

Trần Trí Năng

             (University of Minnesota & Ecosolar International)

 

Trong bài biết này, chúng tôi sẽ tŕnh bày những đóng góp về khoa học và kỹ thuật của “the Old Bell Labs” từ lúc mới thành lập vào năm 1925 đến 1983.

Thay lời tựa

…Tôi nhớ biển
Với sóng cao
Trời rộng.

Biển nhớ tôi
Bước chân nhỏ
Bao chiều.

Biển và tôi
Một liên hệ thân yêu
Biển t́nh tự
Quá khứ trong hiện tại

Tôi đi măi
Biển theo ḍng biến đổi
Ngày trở về
Biền vồn vă
Mừng vui …

Từ lúc bé, tôi có thói quen thích ngồi trên ghềnh đá hay băi biển để nghe tiếng sóng vỗ. Tiếng sóng lúc lên bỗng, lúc xuống trầm; lúc thấp lúc cao như ru tôi ngủ vào giấc mơ tuổi nhỏ. Thế nên từ lúc về thăm Oahu, tôi rất thích đi “t́m về người bạn cũ”.

Sáng nay như thường lệ, tôi dậy sớm đi về Ala Moana Beach. Không khí buổi sáng trong lành và gió mát dễ chịu. Gió biển ở đây không rít mùi muối như một số vùng biển tôi đă đi qua.

...Gió mát
Đùa quanh
Trong không khí trong lành
Hoa tươi nở
Đua nhau khoe sắc thắm...

Tôi đi dọc theo Fort Street xuyên qua hàng cây Hong Kong orchids trong campus của Hawai’I Pacific University. Loại cây này cao khoảng 10-20 feet, hoa màu hồng năm cánh trông như những cáng bướm tung bay trong gió ban mai. V́ c̣n sớm nên ngoài vài người quét dọn, vai chú chim nhảy nhót t́m mồi, tôi chẳng thấy bóng dáng cô cậu sinh viên nào cả. Tôi đi ngang qua khu vườn trồng đủ loại hoa : có những loại hoa tôi nhận ra ngay như bông bụt (hibiscus), bông giấy (bougainvillea), red/blue ginger, allamanda, và bird of paradise. Hoa bông bụt ở đây có màu, vàng, đỏ, trắng và xanh lam chen chút nhau khoe sắc thắm. Riêng bông giấy th́ màu sắc phong phú hơn kể cả màu đỏ, hồng, cam, vàng tím rực rỡ một góc trời mỗi khi nắng lên. Có nhiều loại hoa nhiệt đới khác tôi ít thấy như gardenia và heliconia tỏa hương thơm ngát. Và có nhiều loại hoa tôi chưa thấy bao giờ. Có lẽ Oahu là một ḥn đảo nên những thực vật và hoa ở đây khác hẳn đất liền như hoa Ohi’a Lehua có hàng chục cánh h́nh sợi tủa ra với màu đỏ hay vàng hay hoa Milo có cánh trắng với khoảng 5, 6 nhụy màu đỏ trông rất đẹp. Ở đây những cây lớn được cắt tỉa theo lối “giant bonsai“ (tôi chỉ đoán vậy thôi!) và với sức gió của biển; qua thời gian có những h́nh thù trông rất ngoạn mục.

Đến cuối đường Fort, tôi quẹo trái ở Ala Moana Avenue, đi ngang qua Ala Moana Tower dọc về hướng biển. Aloha Tower đă được sửa sang lại và thay đổi rất nhiều so với h́nh ảnh tôi thấy khi viếng thăm Pearl Harbor. Tôi đi ngang qua những building cao tầng bên ngoài làm bằng kính. “Có những ngôi nhà. Đủ sắc, đủ màu. Trèo lên.

Những ngọn đồi cao xanh mướt..“

...Những ṭa nhà cao
Đứng sừng sững như những chiếc hộp
Kính lộng lẫy sắc màu
Xanh thắm ṿm trời cao...

Tôi tiếp tục bước chân. Đi ngang qua vài tiệm Starbucks (sao nhiều thế!), bến xe bus và hàng phượng vĩ đỏ ối. Người đứng đợi ở bên xe bus khá đông. Chợt nh́n tôi có cảm tưởng như ḿnh đang ở một góc đường nào đó ở Sài G̣n v́ hầu hết những người đợi bus đều có nét mặt Á Châu và vài người có nét da “bánh mật “ rất quê hương! Như một thói quen (và h́nh như có một sức hút vô h́nh nào đó!!); tôi bước lại gần và nghe được nhiều ngôn ngữ khác nhau trong đó có tiếng Việt, tiếng Tàu và tiếng Nhật. Người da trắng tương đối ít ở đây. Có một hôm chúng tôi đi vào khu Yataimura: không khí ở đây chẳng khác nào Osaka, Tokyo, Fukuoka hay bất cứ một thành phố nào bên Nhật. Có takoyaki, okonomiyaki, udon, bento, ramen đủ loại, unimeshi, Nagasaki champon. Người người trao đổi nhau bằng tiếng Nhật. Tôi cảm thấy một cái ǵ gần gũi, quen quen. Ở đây cũng có vài món rất địa phương như Poke (giống như sashimi), Poi (steamed taro roots), spam musubi và ox tail soup (giống như phở ḅ).

Đi dưới hàng phượng vĩ, tôi cứ ngỡ là đang ở giữa hạ mặc dù đă cuối tháng 11. Sau Florida, đây là tiểu bang thứ hai tôi t́m được “màu hoa phượng: màu hoa của tuổi học tṛ“.

...Ngày mới lên
Ala Moana nắng ấm
Gót âm thầm
Gió nhẹ vuốt chân quen.

Phượng đỏ màu thương
Vài cánh rụng bên đường
Như đan kết
Thắm hương xưa ngày cũ...

Tôi ngừng lại ngắm nghía một hồi lâu để chiêm ngưỡng sắc hoa thân thương, rồi tiếp tục đi. Băi biển đă có người đi/chạy bộ, paddle boarding, kayaking. So với những băi biển khác ở vùng này như Sandy Beach, Sunset Beach hay Kailua Beach; băi biển Ala Moana khá yên lặng và ít sóng.

...Những tảng đá đen nhấp nhô trên mặt biển
Như những hải đảo con chờ đợi sóng cao lên
Từng vùng nước long lanh như đàn cá
Tấp vào bờ như muốn t́m một chỗ nghỉ chân...

Tôi bắt đầu “warm up“ và chạy dọc theo băi biển về hướng Waikiki. Khoảng vài chục phút sau, mặt trời lên đỏ ối như một cái nia khổng lồ. Tôi giang hai tay, thở hít để những tia nắng ban mai len lơi vào buồng phổi. Tôi ngụp lặn, tung tăng như chú bé ngày nào ở biển Qui Nhơn. Tôi nằm dài trên bờ cát mịn để nửa thân ḿnh ngâm trong nước biển. Từng chặp lại từng chặp, sóng vuốt ve và vỗ về thân tôi. Tôi nghe tiếng sóng nhẹ nhàng như thủ thỉ, âu yếm, hẹn ḥ.

...Gối đầu trên biển sóng
Nh́n trời xanh mênh mông
Mây bay vài cụm trắng
Nắng mai se sẻ ḷng...

Sóng đến từ xa; lúc cao lúc thấp; nhưng khi vào gần đến bờ th́ trở thành trầm lặng, hiền ḥa.

... Nằm nghe sóng vỗ từ bến xa
Tiếng sóng êm êm, nhẹ hiền ḥa
Bọt trắng vuốt ve da bánh mật
Cát từng cụm nhỏ cuốn trôi xa.

Nằm nghe hơi thở làn nước xanh
Bọt sóng lên môi nét mặn mà
Đẩy nhẹ mái chèo theo tiếng trẻ
Thuyền xanh đỏ trắng lướt trôi xa...

Một lúc sau, mặt trời lên cao hơn và nắng bắt đầu gắt hơn.

…Tháng mười một
Trời xanh màu nắng hạ
Gió th́ thầm
Cuốn ngọn sóng từ xa

Nằm thênh thang
Trên sóng biển bao la
Nh́n trời rộng
Chợt thấy ḷng bỗng rộng.

Hàng dừa cao
Vươn cao t́m sức sống
Mây thẹn thùng
Từng cụm nhỏ trôi xa…

Nh́n đồng hồ : mới đây mà đă 8:30 sáng. Ngày giờ trôi qua nhanh thật!

Tôi tắm rửa, thay quần áo, đi về nhà để bắt đầu “một ngày mới”. Khi bước ra khỏi pḥng tắm, tôi cảm thấy những giọt nước rơi trên tóc. Lúc đầu tôi tưởng là nước c̣n sót lại lúc tắm; nhưng thực ra là những giọt mưa. Mưa ở đây thường kéo dài một khoảng khắc ngắn  rồi tạnh và nắng lại lên và đội khi mưa và nắng xảy ra cùng một lúc “mưa cứ mưa và nắng cứ nắng “.

…Rộn ră tiếng cười trong bầu trời xanh xanh
Vội vă bước ai về.
Từng hạt mưa nhanh nhanh
Biển xanh ngày lên phố lạ
Tôi đi về qua phố Ala Moana.

Vạt nắng vẫn hiền ḥa theo từng giọt mưa sa
Nhảy múa với cung đàn điệu nhạc xa từ xa
Cơn gió nhẹ mơn man làn sóng vỗ
Người đi dưới mưa.
Tôi cũng rảo bước trong mưa…

Lời tựa kỳ này hơi dài v́ tôi hơi “lẩm cẩm” một chút. Giờ tôi xin trở lại phần chính của bài viết tháng này : thành tích nghiên cứu của Bell Labs trong khoảng thời gian 1925-1983.

1. Những đóng góp lớn của Bell Labs

“Digital age” của chúng ta ngày hôm nay tùy thuộc rất nhiều vào những phát minh của Bell Labs: transistor (1947), information theory (1948) laser (1958), UNIX operating system (1969) và cell phone technology (1978). Nhiều phát minh khác cũng từ Bell Labs: glass fibers, facsimile (fax) machine, long-distance television transmission, stereo radio broadcasts, vệ tinh thông tín, mạng truyền dẫn bằng số (digital communications), pin mặt trời, C language, touch-tone telephone, digital signal processor, và charge coupled devices (CCD) [Bảng 1]. Bảy giải Nobel và 12 Nobel laureates dựa vào công tŕnh nghiên cứu ở Bell Labs [Bảng 2]. GS Steven Chu (Stanford University), cựu bộ trưởng năng lượng ở nhiệm kỳ thứ nhất của Tổng Thống Obama cũng là một trong những Nobel laureates này. Ông này lúc trước làm việc ở Bell Labs ở Holmdel.

Bảng 1. Một số phát minh lớn của Bell Labs [Tài liệu từ Hochheiser, IEEE]

 

Bảng 2. 12 người lănh giải Nobel dựa trên những phát minh trong lúc làm việc tại Bell Labs.

 

2. Khuôn mặt của vài khoa học gia ở Bell Labs


Chúng tôi cũng xin giới thiệu khuôn mặt của vài khoa học gia đă góp phần vào nền khoa học và kỹ thuật của thế giới.

Charles Hard Townes

Born July 28, 1915 in Greenville, South Carolina

PhD in Physics in 1939, California Institute of Technology

Nobel Prize in physics về laser in 1964

       

Laser 

1958: Bell Labs’ Arthur Schawlow and Charles Townes describe the concept of the laser (light amplification by stimulated emission of radiation), in a technical paper. Bell Labs registers a patent on the laser.

Claude Elwood Shannon

(1916-2001)
Born in Petoskey, Michigan
PhD in mathematics & electrical engineering, 1940, MIT, advisor: Vannevar Bush.

Information Theory 

1948: Bell Labs’ Claude Shannon introduces Information Theory. Shannon quantified "information" and gave engineers a math-based theoretical maximum information carrying capacity for any communications system.

Trước khi đến làm việc chính thức ở Bell Labs, Shannon lớn lên ở một thành phố nhỏ khoảng 3.000 dân tên là Gaylord, Michigan. Shannon làm intership ở Bell Labs và sau đó ở Advanced Study , Princeton University. Einstein có lần nói với Norma Levor (bà Shannon) rằng bà lập gia đ́nh với “a brilliant, brilliant man”. Shannon chứng minh rằng digital message có thể gửi đi một cách trung thực ngay cả qua đường dây có nhiều noise bằng cách dùng error correcting codes, làm nền tảng căn bản cho tất cả kỹ thuật truyền thông hiện đại.

 Gerald Pearson

 (1905-1987)
Born in Salem, Oregon năm 1905
MS in physics, 1929, Stanford University

 

Solar Battery Cell 

Gerald Pearson, Daryl Chapin và Calvin Fuller phát minh solar cells và năm 1954 [Tài liệu từ Lucent-Alcatel]

Gerald Pearson làm việc với nhiều khía cạnh của transistor từ lúc mới bắt đầu đến lúc chế tạo trong suốt thời gian 12 năm ở Bell Labs. Như đă tŕnh bày ở số trước [1], Pearson ngồi cùng pḥng nghiên cứu với Brattain (một trong ba người lảnh giải Nobel về transistors) và cả hai trở thành bạn thân.

John Robinson Pierce

(1910-2002)
Born in Des Moines, Iowa
PhD in Physics, Caltec

Pearson cộng tác trong việc chế tạo transistor đầu tiên ở Bell Labs. Tên “transistor” là do ông đề xướng ra. Ông đóng vai tṛ quan trọng trong việc thiết lập communication satellite, Telstar. Theo Arthur Clarke, Pierce và Harold Rosen là hai người cha của communication satellite. See ECHO – America's First Communications Satellite (reprinted from SMEC Vintage Electrics Volume 2 #1. Ngoài công tác khoa học, Pierce c̣n là một nhà văn

“The way I provided the name, was to think of what the device did. And at that time, it was supposed to be the dual of the vacuum tube. The vacuum tube had transconductance, so the transistor would have 'transresistance.' And the name should fit in with the names of other devices, such as varistor and thermistor. And.. . I suggested the name 'transistor.'

—       John R. Pierce, interviewed for PBS show "Transistorized!"

Hai người mà Pierce hâm mộ nhất ở Bell Labs là Claude Shannon và Mercin Kelly. Theo Jon Gertner [2], Pierce có nhiều sở thích và nhiều ư tưởng trong đầu; nên ông thường khuyến khích đồng nghiệp với những ư ‎tưởng mới. Pierce làm việc như an instigator, vai tṛ đại khái nằm giữa Claude Shannon (genius; chỉ nghĩ đến chuyện nghiên cứu chớ không để ư ǵ đến địa vị quản lư) và Mervin Kelly (quản lư).

3. Vài phát minh quan trọng khác

CCDs (Charge Coupled Device) in 1960’s

Vào năm 1969, George E. Smith và Willard Boyce phát minh charge-coupled device (CCD). Đây là một linh kiện bán dẫn được dùng trong nhiều ứng dụng trong nhiều lănh vực khác nhau từ digital cameras, video conference đến security monitoring.

Touch-Tone Telephone

1963: Bell Labs introduces the touch-tone telephone, with push buttons instead of a rotary dial. This innovation ushered in a new generation oftelephone services and capabilities.

Telstar

1962: Bell Labs designs and launches Telstar I, the first orbiting communications satellite. Telstar weighs 171 pounds and features 3,600 solar cells for power as well as a new traveling-wave tube for generating the radio signals.

And perhaps the most celebrated Bell Labs achievement in pure science was the 1963 discovery of cosmic microwave background radiation by Arno Penzias and Robert Wilson.

4. Danh sách những phát minh của Bell Labs (1925-1983)

Những phát minh quan trọng của Bell Labs trong khoảng thời gian 1925-1983 (Tài liệu

Từ GS A.Michael. Knoll, USC. GS Knoll lúc trước cũng làm việc tại Bell Labs )

 

Kết luận

Trong khoảng hai phần ba thế kỷ hai mươi, Bell Labs đóng góp rất nhiều vào nền khoa học và kỷ thuật hiện đại. Hầu hết những phát minh lớn đều có “dấu tay” của Bell Labs. Mô h́nh quản lư và cách tổ chức ở Bell Labs cũng được nhiều hăng tham khảo và thực hành.

Tài liệu tham khảo

[1] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Silicon-Valley-1-Bell-Labs.htm 

[2] Jon Gertner: The idea factory: Bell Labs and the great age of American Innovation, Penguin Books, 2012.