康乃爾次微米實驗室

「那是一個量產諾貝爾獎的創意工廠！」這是呂學士對美國康乃爾大學的第一印 象。1985 年 9 月，剛由臺灣大學電機研究所碩士畢業，呂學士滿懷壯志，也來到康乃 爾大學。座落於紐約州中部小鎮愛沙卡（Ithaca），康乃爾大學和這個風光明媚的小鎮連 為一體，四萬多名居民中有一半是大學的師生或員工。

不過，在康乃爾大學的「次微米實驗室」裡作研究，可就一點都浪漫不起來。伊斯 曼教授（L. F. Eastman）是美國的 WASP（White Anglo-Saxon Protestant，意指白人、盎 格魯薩克遜的新教徒，是美國社會的貴族）。在他主持的次微米實驗室裡，有白人、華 人、印度人與越南人，會自然形成分組對抗賽，不眠不休地挑戰「摩爾定律」，要讓電 晶體變得更小更快。

剛開始，呂學士總以為把變數釐清，逐一進行實驗，就能找到電晶體變小變快的方 法。但是，他卻觀察到研究人員不常踏入無塵室作實驗，卻花很多時間在思考電晶體的 基本理論，學會「詮釋問題」。例如，一個影響電路放大倍率的問題，可能的變因有數 十個。但如何抽絲剝繭，快速找到關鍵原因，則需要純熟掌握電路基礎理論。呂學士恍 然大悟，原來到國外求學並不是單純追求最新的科學知識，而是在學習如何詮釋基礎理 論，探索問題癥結。

在這個研究室裡，只有幾位核心博士生可以與伊斯曼教授面對面討論，一般碩士生 不容易見到他。此外，在次微米實驗室，伊斯曼教授設有專屬的無塵室，可以隨時拿著 設計圖去壓片製作，不用與其它研究室學生一樣，要排隊等著公用無塵室。在日常運作 中，有行政人員負責設備採購與報帳事宜，研究人員不需要額外負擔行政工作。伊斯曼 教授希望行政工作不要瓜分掉研究生的實驗時間。他給博士生每年五萬美元的獎學金，

讓他們能留在實驗室裡專心拼研究，而不用為了生活到餐館裡兼差洗盤子。

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但是，伊斯曼教授為了維持實驗室運作，透支研究經費，只好向學校預支計畫款項。

然而 1986 年底，他的實驗室卻周轉不靈。隔年一月，實驗室被斷水斷電，宣告倒閉。

措手不及的 30 多位研究生，有的爭取到樓下的公用實驗室持續進行研究，有的另尋指 導老師。呂學士幸運地遇到一位日本來訪學者。這位日本學者提供呂學士每月 1000 美 元的津貼，幫忙他進行電子量測，因而得以順利完成碩士學位。

正當呂學士準備學成返國之際，他遇到一位學長正準備去新學校任教。由於呂學士 在次微米實驗室表現突出，學長建議他繼續到明尼蘇達大學深造。當時剛好有一位從 IBM 退休的科學家馬榭．納森（Marshall Nathan）前往明尼蘇達大學任教。納森教授是 IBM 半導體雷射發明人，當時極需懂得晶片製作的研究生。呂學士與納森教授一拍即 合，取得獎學金，前往明尼蘇達進修博士學位。

相較於伊士曼教授的名仕作風，納森這位猶太籍教授比較務實。即使是遇到考試 時，納森教授還是要求呂學士每天必須到實驗室報到。一次研究工作中，呂學士聽不懂 低溫實驗材料「styrofoam」（這是一種類似咖啡杯的保麗龍材質）的意思。納森教授冷 冷地告訴呂學士，研究生有問題要自己想辦法解決，不是一直製造問題。呂學士苦笑著 回憶：

「當然，我從此就一切靠自己。以後到老師那裡的成果，一切都是好消息。後來，

我老師還狐疑地問我，怎麼很久都沒來煩他。我苦笑跟他說，當然一切沒問題囉，

因為所有困難我都自己悄悄克服了啊。」

呂學士也要帶學弟妹作研究。這個實驗室沒有壁壘分明的科學競技，更像是個研究 家庭。除呂學士外，另外五位不同國籍的博士生各有特色。巴西學生娶了位美國太太，

作風美式，喜歡陪納森教授看棒球賽，但研究沒什麼特色。美國學生誠實而認真，但反 應遲鈍了點。另一位是大陸學生，需要人幫助時她很謙遜，不需要時就傲慢，典型的勢 利眼。另外還有韓國學生和馬來西亞學生，總是默默工作。

在這「家庭式」實驗室中，納森教授與研究生互動密切，指導頻繁。在博士畢業前 一個暑假，納森教授安排呂學士前往 IBM 最大的華生研究中心（Watson Research Laboratory）實習，體驗頂尖研發團隊的工作，並勤練英文。兩年半後，呂學士順利畢 業。

1991 年，呂學士再度回到母校臺灣大學，有了不一樣的視野。績優的研究成果使 他很快升上教授。呂學士教授心中燃起一個「創新工廠」的念頭，於是創立「射頻積體 電路實驗室」。他評估，臺灣的產業就屬積體電路晶片製造最能和全世界競爭。

可是，2002 年時，國際固態電路會議（ISSCC²⁷，該會議素有晶片設計奧林匹克之

27 全名是：IEEE International Solid-State Circuits Conference.

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譽）宣布臺灣獲選的論文數在全球排名敬陪末座。國外媒體戲稱臺灣「被 ISSCC 三振 出局」。這個消息震撼了呂學士。他警覺到，臺灣有全球最優異的積體電路設計環境，

怎麼會被國際科學社群出局。需要封裝時，可以尋求日月光、矽品支援；要製作積體電 路時，有台積電、聯電幫忙。政府也挹注了大量資源在晶片研發上。1993 年 1 月，新 竹科學園區設立「晶片設計製作中心」（CIC, Chip Implementation Center，在 1997 年 7 月改名為「國家晶片系統設計中心」），提供積體電路晶片設計的軟體服務，也讓學校免 費測試晶片，成為臺灣學術界的競爭優勢。而且，臺灣筆記型電腦在全球市占率已達八 成。除了產業面有豐富資源外，更有政府政策面支持。但是，這個臺灣電子業的創新引 擎，在最重要的學術戰場上竟然表現平凡。

呂學士教授猛然驚覺：創新的螺絲釘鬆了！這群一路被呵護長大的研究生，有創新 思維卻沒有創新行動力。沒有行動力，就沒有優質研究。呂學士決定祭出鐵腕政策，以 高紀律重新啟動創新引擎。要落實研發紀律並不容易。身為所長，呂學士先進行思想教 育，試著改變研究生率性而為的習性。每一位電子所新生在開學第一天，每位學生會收 到《MIT 創意工廠》這本書。書中描述麻省理工學院高紀律的學習歷程。呂學士要學生 知道，創新絕不是放蕩不羈。他還在電子所外不斷播放臺灣在 ISSCC 的論文排名記錄，

激勵這群研究生。

每兩個月，他寄出一封封的電子「家書」給學生，宣示挑戰世界第一的企圖。他以 2008 年在北京奧林匹克八面金牌得主菲爾普斯的名言「征服世界」來激勵學生；他又 以 1630 年美國拓荒英雄威廉．布洛德佛（William Bradford）的名言「勇者無懼」，鼓 勵學生勇於開創。他更以愛因斯坦的座右銘，「以思考為樂趣」，鼓勵學生樂於思考問題。

接著，呂學士教授展開「新生活運動」。他要求研究生到實驗室開會不准遲到。開 會遲到一次，若沒有事前通知或無特殊事由，就取消當月獎助學金。呂學士規定研究生 於每場演講必須準備五個問題。學生可以依演講主題決定發問場次。主動提問的前兩名 學生，可以獲得 300 元圖書禮券。專題演講進行中，學生不准帶手機、不准開電腦。呂 學士認真的說：

「要讓同學學會如何一起招待遠來的客人，專心聆聽演講，這是身為科學家最基 本的禮貌。專心，才能問好問題。沒有問題，就不會思辨。這些都是基本功。」

這些讓人聞之生懼的規定，卻在無形中累積學生的實力。準時上課、舉手發言，讓 研究生學會動口整理思緒。每週開會、追蹤進度，讓研究生學會自己掌握進度。天天到 實驗室報到，讓作實驗變成反射動作。這些研究例規，日復一日地讓研究生學會動手、

動口又動腦，態度由被動轉為主動，由厭煩變為樂在其中。在 2009 年，電子所讓臺灣 在 ISSCC 的論文數一下子爬升到全球第三名。

參加 ISSCC 論文發表時，各國頂尖高手不但要寫出論文，更要拿出晶片設計的半 成品，一較高下。在此之前，若未能早一步申請專利保護，智慧財產恐會無端流失。因

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此，除了論文發表之外，呂學士還要求研究生學習撰寫專利說明書，將實際研究成果轉 化為商品專利。在 2009 年，他開發一套國際專利檢索系統，協助學生與高科技業者布 局全球專利地圖。

在論文與專利之外，呂學士還積極將研發成果商品化。他鼓勵學生自己籌組團隊，

參加每年由臺灣工銀舉辦的創業競賽，以及旺宏金矽獎等活動。「東市買駿馬，西市買 鞍韉，南市買轡頭，北市買長鞭」呂學士笑著說，這樣學生才能學會自主解決問題，將 課堂上的理論落實為商品。除了將研發成果應用在電腦、手機外，呂學士更將晶片設計 帶往生醫檢測市場。當昂貴的生醫檢測可以用半導體來實現時，這意味著「生醫電子平 民化」的時代已經來臨。

2009 年 11 月，呂學士與林啟萬共同推出的電刺激晶片，是一項結合生醫與半導體 的劃時代解決方案。從此以後，高居健保給付第四位，讓病人苦惱不已的下背痛問題，

不再需要定期開刀。醫生用十元硬幣大小的植入式晶片，以體外傳電器，如 iPod、手機 等隨身電子用品的感應，就能啟動體內的止痛晶片。