理论教育 学习曲线在电子元件生产中的应用与效果

学习曲线在电子元件生产中的应用与效果

时间:2023-05-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:[2]20世纪60年代中期,在德州仪器公司,海军退役老兵帕特里克·哈格蒂积极支持运用学习曲线来指导电子元件的生产。哈格蒂等德州仪器公司的领导者认为从学习曲线来看,随着销量的增加,产品的单位生产成本也会大幅下跌。该公司生产的晶体管印证了学习曲线的有效性,表明这个曲线可以创造出新的市场。摩尔定律和贝恩、亨德森的学习曲线理论之间的区别就在于学习曲线的长度

学习曲线在电子元件生产中的应用与效果

1976年,为纪念《国富论》出版200周年,芝加哥学派经济学家乔治·施蒂格勒(George Stigler)在朝圣山学社[1]做了一个在经济学上具有里程碑意义的演讲,深入阐述了亚当·斯密提出的一个经典理论,即“市场范围塑造并呼唤劳动分工,进而催生了一系列创新行为”。施蒂格勒评论说:“这个深刻见解是让亚当·斯密能闻名于世的原因之一……任何一部经济学著作都会引用它。”1

斯密这个理论对自由市场的扩张及其带来的结果予以褒扬,为当前盛行的经济理论奠定了基础,大多数流派的经济学家都对其心怀敬意。但自由市场的胜利也导致我们付出了沉重代价,因为斯密在褒扬自由市场的同时,没有正确认识到企业家的地位,认为企业家只不过是市场的一个工具,而不是市场的创造者。这种观点就是我们所说的“需求学派”的“原罪”,即从根源上来讲,“需求学派”就存在过于注重需求、注重消费者而忽视企业家的错误。

斯密认为企业家被市场强制牵引着,会扩大业务直到占领整个市场,并垄断市场。如果市场范围决定创新,当市场已经被占领到极限,创新还如何继续产生?于是,斯密和他的大批追随者只能预测市场将陷入“静止状态”。

如果说企业家的创新受到了市场的限制,那么当一个企业家深深地陷入用资本、制度和工人建立的堡垒之后,由于企业规模太大而丧失了创新能力,那么还有什么力量能让企业家摆脱固有市场的限制去继续创新呢?明显的结论就是只有国家才可以做到这一点,因为只有国家享有反托拉斯的权力,肩负着监管经济的职责,能够阻止一个自由的经济体系退化为一个寡头垄断的、压抑创新的经济体系。

然而这类大而不倒且无法创新的垄断企业几乎没出现过,经济学家们感到困惑不已。于是,从亚当·斯密那个时代到今天,经济学家们进行无数的研究,希望寻找类似的垄断组织或具有垄断色彩的企业或其他一些力量比较强大的私营企业。他们的精力集中在大型企业上,如美孚石油公司、美国钢铁公司、美国通用汽车公司、美国国际商用机器公司(IBM)、微软公司以及现在的谷歌公司。他们希望在这些企业丧失市场主导地位之前帮助企业寻找出问题解决之道,但他们给出的答案既错综复杂,最后又没有多少实质意义。这些经济学家开出的药方之所以失败,根源就在于亚当·斯密犯下的一个重大失误,即过于注重经济的需求面。

“市场决定技术,需求创造供给”的观点是个严重的错误。这个错误观念给企业家的活动带来了无穷无尽的破坏和干扰。30年前,我就认识到传统经济学中存在这个错误观念,这种认识促使我撰写了《财富与贫穷》一书。

市场既不创造产品,也不创造生产方式。相反,是企业家和他的产品创造了市场。西方法律的演变历程就体现出了法律体系对企业家地位的重视,认为企业家的地位高于市场的地位。哈罗德·伯尔曼(Harold Berman)在其著作《法律与革命》(Law and Revolution)一书中提到:“最初,商法的发展主要是靠商人推动的,商人组织国际展会,开拓国际市场,成立商业法庭,在西欧蓬勃发展的城市地区设立商业办公室。”2

那种认为企业家创造市场的观点并不是新近形成的,而是早在亚当·斯密时代就已经存在。如果市场范围(即需求量)并不随生产过程而改变,那么除非物资严重匮乏,否则旧式的供给曲线和需求曲线永远不会相交。亚当·斯密在其著名的制针厂案例中就阐释了这一点。通过对缝衣针的生产过程进行分工,扩大生产规模,工厂提高了劳动效率,从而获得巨大利润,这一点让斯密惊叹不已。在一个工厂内,与每个工人独立完成所有生产流程相比,组织10名工人在劳动分工的基础上生产缝衣针,最后产量高出数千倍,生产成本也低得多。

成本为1美分的缝衣针和成本为0.1美分的缝衣针是两种完全不同的产品,拥有的市场也截然不同。成本10美元的晶体管和成本十万分之一美元的晶体管的情况也一样。成本降低,市场规模随之扩大。

比尔·贝恩在波士顿咨询公司所做的最早的一个项目就为这种现象提供了佐证。[2]20世纪60年代中期,在德州仪器公司,海军退役老兵帕特里克·哈格蒂(Patrick Haggerty)积极支持运用学习曲线来指导电子元件的生产。当时,德州仪器公司刚开始研发半导体产品,如锗二极管和第一代硅晶体管,而且市场前景还都不明朗。这些新兴产品需要重新设计一下原有的生产系统。原有的生产系统采用了当时非常高级的微型真空管,而微型真空管的生产已经印证了学习曲线的有效性,即随着这种真空管的市场需求量越来越大,企业学习到的经验越来越多,生产成本也就越来越低。在哈格蒂的支持下,比尔·贝恩的顾问团队为德州仪器公司制定了大幅降价的战略,价格甚至低到了还不足以覆盖生产成本的程度。哈格蒂等德州仪器公司的领导者认为从学习曲线来看,随着销量的增加,产品的单位生产成本也会大幅下跌。最后,该公司一跃成为市场主导者。该公司生产的晶体管印证了学习曲线的有效性,表明这个曲线可以创造出新的市场。

大概在同一时间,也就是1965年的时候,戈登·摩尔(Gordon Moore)在《电子学》杂志35周年专刊上撰写了一篇观察评论报告,做出了一个令人震惊的预测:集成电路上可容纳的晶体管数目,每隔一年都会增加一倍,性能也将提升一倍。当时,年轻的摩尔还只是仙童摄影器材公司(Fairchild Camera and Instrument)旗下一家子公司研发部门的主管。他整理了一份观察资料。在开始绘制数据时,他发现了一个惊人的趋势。摩尔这个预测是基于他的年轻同事—卡弗·米德(Carver Mead)的研究成果。卡弗·米德是摩尔的朋友,毕业于加州理工学院。摩尔在做出这个预测时,并没有估算过任何市场需求,因为当时晶体管几乎还没有市场需求。米德将这个预测称为“摩尔定律”。后来这项定律经过了几次修正,集成电路上可容纳的晶体管数量翻倍所需的时间先是变为18个月,最后又变成了两年。摩尔定律也可以称为“亨德森定律”(Henderson’s Law)或“贝恩的财源”(Bain’s Bonanza),因为他们三人的共同特点就是注重产品的供给对于市场需求的刺激作用。

摩尔定律和贝恩、亨德森的学习曲线理论之间的区别就在于学习曲线的长度芯片行业积累经验所需的时间比其他行业少得多,汽车制造业则不同。从1915年开始,汽车生产数量需要5年才能翻一番。但是道理是相似相通的。虽然当时还没有柏油路,没有加油站,也没有维修站,但汽车发明出来并且降低价格后,它的市场便扩大了。3

在研究这种现象的过程中,经济学家们经常强调是需求弹性的作用。所谓需求弹性,即在一定时期内一种商品的需求量变动对于该商品的价格变动的反应程度,换句话讲,就是指在一定时期内当一种商品的价格变化百分之一时其引起的该商品的需求量变化的百分比。然而,在这种现象的背后,更重要的因素其实是供给弹性,它取决于企业家的创造力关键资源的可利用性以及生产材料和生产体系的客观属性。

在生产材料方面,摩尔首次提出,集成电路比其他产品拥有更大的优势。集成电路主要由硅、氧和铝制作而成,而且这三种元素是地球表面最常见的元素。土地肥力的消耗会影响农民的收益,土地资源的紧张会影响高速公路承包商的收益,而微芯片制造商消耗的资源主要是芯片的设计方案,而设计方案存在于人脑中,取之不尽,用之不竭。

芯片的微型化及学习曲线效应使芯片市场不断扩大。仙童摄影器材公司生产的1211型晶体管就是一个例子。电视机上安装的超高频调谐器必须使用这种晶体管。20世纪60年代初期,每台电视上只安装了一个晶体管。晶体管的销量多少会受到家庭数量的影响,家庭数量多,则所需电视机多,所需晶体管数量也随之增加。因此,全球市场的晶体管销量也只能拓展到几十亿个左右。为了达到这个销量,该公司把1211型晶体管的价格降低到了10美分左右,只相当于晶体管的包装费用,这已经是当时的最低价格了。价格降低后,销量急剧增加,促使公司扩大生产规模,使得成本飞速下降,最后使得该公司的市场份额不断扩大。从1963年到1965年,仙童公司占据了美国超高频调谐器市场90%的份额。

然而,随着集成电路技术的发展,单个硅片上能够容纳的晶体管数量越来越多。今天,一台大屏幕的电视机就包含了数万亿个晶体管,而在几十年前,全世界所有的电视包含的晶体管数量都没这么多。得益于香农在信息科学方面的贡献,现在每部智能手机平板电脑上都带有视频播放功能,而这些手机和平板电脑都包含了数十亿乃至数万亿个晶体管,而每个晶体管的成本只有千分之一美分,甚至更少。在信息经济时代,注重供给面的经济投资实现了利益的最大化。

摩尔定律预测的技术进步速度不仅仅适用于米德预测的能够容纳数十亿晶体管的芯片。米德原本认为由于量子隧穿效应的存在,硅片容纳晶体管的密度必定存在上限,因为硅片会不规则地传导电子。从物理学方面来讲,他的预测是正确的,但在现代经济中,信息论的贡献多于物理学。

米德的这个预测说明他低估了信息论在未来的贡献。香农已经告诉我们如何通过复杂的冗余纠错及降低电压技术,利用不稳定的组件生成稳定的系统。现代存储芯片包含上百万个内置冗余晶体管和纠错逻辑,它可以在大约1伏特电压环境下工作,而之前存储芯片的工作环境需要10伏特。现在芯片上的晶体管工作电压降低,并内嵌更多的冗余纠错逻辑用于自我检测。晶体管的生产数量已达到100亿甚至更多。今天,平面芯片的时代已经快结束了,芯片产业开始向三维芯片进军。

在制造业方面,物理学上的突破越来越难,生产效率的提高更多得益于信息论的运用。信息论的成果包括新型计算机体系结构、机器人效率和压缩技术,而信息论的终极目标是应用程序虚拟化。计算机硬件不断发展,现已可以用抽象的程序代替从前的物理生产过程。存储、程序和网络都能被虚拟化。无论是一本书、一个压缩光碟、一个DVD、一个电脑游戏、一本生产手册或操作指南都能被编码和压缩,从书架上转移到计算机里,也可以从网络上传输给其他共享设备。简而言之,它们被虚拟化了。

这种虚拟化技术现在正改变着制造业。克里斯·安德森(Chris Anderson)在《创客:新工业革命》(Makers: The New Industrial Revolution)一书中详细记录了在他的3D机器人技术公司里,制造业虚拟化正在迅猛发展。4就像个人电脑实现了信息产品的大规模生产那样,3D打印机的发展使得制造业发展得更快。正是因为这种技术上的突破,而不是市场的原因,制造商可以根据个人需要调整它们的产品;同理,拥有个人工作站的人也能自己打印书籍或图册,与全球的出版商共同竞争。

企业创新不断地扩大市场,直到涵盖了一切人类活动。今天,理论上,每个人都能拥有一台廉价打印机,在未来,每个人也将能拥有一台用于生产制造的3D打印机。在工业革命的鼎盛时期,商品和服务将会被数码虚拟化,根据每个用户的需要量身打造。

虚拟化是意识与物质的结合、信息与能量的结合,而学习曲线体现了虚拟化对生产效率呈现爆炸式增长的推动作用。信息和能量的结合就能带来信息熵。信息熵通过信息中所含的新闻或惊异来计算信息量(即令人惊异的比特数量)。“劳动分工”程度由这种信息熵决定:生产的专业化程度越高,产品的熵越高,市场也越广阔。(www.daowen.com)

企业要想实现信息熵的发明,需要经历灵感时刻,即脑子里突然灵光一闪,新的事物也随之诞生。这些高熵的突破让财富滚滚而来。但从完整的学习曲线来看,我们需要程序化的生产。在通信中,我们需要获得令人惊异的信息(高熵),而在大规模制造过程中需要的是一条可预测的信道(低熵)。

比起其他的学习曲线,摩尔定律更能体现高熵产品(即令人惊异的产品)、利润、低熵信道(即稳定、可预期的生产过程)和载体(即市场)之间的相互作用。如果不掌握新的生产流程,单凭信息熵高的企业理念和令人惊异的芯片设计理念,公司无法迅速壮大或赢利。在工厂或晶体制造中,惊异通常意味着停滞和破坏,而在生产线上,惊异经常是坏消息。

热力熵算的是损耗的热量和运动,即混乱和无法恢复的能量。在提倡高效率、循环利用和可持续性的今天,人们很关注能量损耗问题。然而,如果仅仅通过发布规定来限制物质浪费、降低企业污染排放量和用循环条例来限制生产行为,是无法降低生产过程中的物理熵的。同理,政府利用权力去压制企业家的知识也无法创造更高效的经济。我们需要通过发挥学习曲线的作用去持续扩大市场范围。

高信息熵会生成高物理熵。任意一个生产过程在一开始都面临很多不确定性。没人知道机械设备能有多大承受力;管理者必须紧密地监督,储存大量物资以备不时之需,并保持高制造公差[3],以防止错误或偏差的出现。生产效率低下在很大程度上是由生产过程中的不确定信息造成的。没有大量生产数据的积累,就无法设定一个低熵的、可预期的标准,管理者也就无法将什么是重大缺陷,什么是微小故障区别开来。

在任何一个工业领域的学习曲线中,物理熵和信息熵,即能量损耗和信息不确定性,都会呈减弱趋势。这两种趋势结合起来,就可以说明为什么生产率能够提高20%到30%。根据学习曲线来看,在任何一个经济领域中,随着经验的积累,物理熵和信息熵都会降低,即能源损耗率会越来越低,不确定的信息会越来越少,信息熵高的内容将会迅速增加,通信业将蓬勃发展,工业发明创新增多,人类的知识水平也将达到全新高度。所有这些都印证了供给的作用,扩大供给是扩大市场之源。

减少物理熵,才能提高具有创造性的信息熵。摩尔定律使得晶体管的排列间隔缩短,连接它们的电线也随之变短。电线越短,信号越纯净、电阻越低、电容越小,晶体管耗热也越少,于是,物理熵减少了。如果电子可以不受阻碍地自由运动,不被硅内部原子撞回来,那么电子运动速度更快,成本越低,产生温度更低,一直到物理熵接近于零。噪声等级将骤降。量子隧穿过程中几乎不产生热量。

因此,从宏观世界到微观世界的跨越意味着一个工业流程的诞生,它挣脱了热力熵的影响,而其他所有产业都会受到热力熵的负面影响。在量子力学领域,粒子运动速度如果加快,热量与电量的损耗将减少,熵值会更低。

摩尔定律并不是一个针对某个特例提出的,而是一个先兆,它是学习曲线的体现,人类的所有创新成果都符合学习曲线。了解到这点,我们就能看到这个史无前例的变革并非昙花一现,而是一个新纪元的开端。从处理器到存储电容,凡是与集成电子学有关的技术都在迅速发展。实际上,今天摩尔定律中晶体管生产18个月翻倍的周期和光学仪器生产速度比起来已经慢了,后者的翻倍速度比前者快了3倍。

现代世界中,市场需求增长最快的产品是波分多路复用技术,这种技术能提高通信的效率。波分多路复用技术将不用“颜色”的光合成一束,通过宽如人类发丝的信道传输信号,每种光一秒钟可以传输数10亿比特的信息。衡量通信技术进步的最好方法是用波长数乘以每个波长的信息容量,再乘以载波的有效信号传输距离。

1995年,通信行业内最佳通信系统的波长数为4λ,每个波长信息容量为每秒传输6.22亿比特,有效传输距离约为300千米。2002年,光纤网络技术公司考维斯(Corvis)推出了一个更强大的系统:波长数为280λ,每个波长信息容量为每秒传输100亿比特,有效传输距离约为3 000千米。仅仅6年,信息承载量就增长到了原来的11 000多倍。2012年的系统,每个波长信息容量为每秒传输1 000亿比特。现在,单根电缆中就有几百条光纤,一条光纤每秒传输的信息量相当于2002年一根光纤在一个月里传输的全部互联网信息量。

微电子学的发展促进了机械的智能化,而通信的发展则促进了网络的智能化,这里的网络不仅指计算机网络,还包括企业网络和社会网络,促进了市场范围的全球化扩张。与硅晶体管不同的是,硅晶体管有质量和体积,而光子没有质量, 实现了从半导体开始的非物质化进程。物理熵逐渐消失,高熵通信的潮流席卷而来,这方面的市场如雨后春笋般发展,无处不在。

光载体是终极的低熵信道。光载体可以同时搭载大量无线信号,任何一个信号都能在同一个物理空间内在没有产生重量的情况下增加信息传输量。这些信道被使用的时候并不消耗能量,因此它的物理性能非常出色。几乎每种波长的光在光纤或电缆中占的空间都一样。光的神奇之处则是可以同时达到物理熵和信息熵的最低值。电磁波是完美的正弦波,它的传播不会受到玻璃、光线或空气的阻碍,导致通信成本骤降。

在当前这个带宽无比充裕的世界中,电脑和通信中的物理熵几乎被完全消除,促使技术创新的重点完全从物理学转向了信息论。企业家可以加速高熵的创造进程,其进步程度在人类历史上是空前的。一个全球统一的通信市场也将随之形成。贝恩的分析意味着通过降低税率和其他措施来增加企业机遇能够为整个经济带来更高的学习效率和信息获取效率。

每一个公司都能努力让它的学习曲线向下延伸。每一个工人都能通过增加经验来提升绩效。当工程师们在物理学理论中遇到瓶颈时,他们可在信息领域将学习曲线往下延伸。通过这样的努力,他们创造并扩大了市场,知道他们的产品趋于成熟。

在市场持续扩大的过程中,唯一的局限性就存在于供给方。在一个封闭的系统中,当所有粒子的能量等级趋同,并且没有额外能量形成之际,这个系统的物理熵便达到了极限。当所有粒子带来的信息量趋同,且无法带来额外的信息时,信息熵也达到了极值。

每个企业都面临这种知识与力量的局限,这说明任何一条学习曲线中都存在市场范围的边界,当达到这个界限时,则需要一条新的由直觉和经验组成的学习曲线。

从亚当·斯密的制针厂到微芯片领域的摩尔定律,都能表明劳动分工导致了市场范围的扩大,而不是市场范围的扩大导致了劳动分工。在学习曲线、熵和想象力的综合作用下,企业可以通过生产更多新的产品与服务来催生新的需求。

【注释】

[1]朝圣山学社,Mont Pelerin Society,由弗里德里克·哈耶克于1947年4月10日创办的一个国际组织,由经济学家、企业领导者和其他古典自由主义支持者组成,提倡自由市场经济的政策和开放社会的价值。—译者注

[2]1960年,比尔·贝恩返回母校范德堡大学工作,在此期间结识了波士顿咨询公司创始人布鲁斯·亨德森,之后加入波士顿咨询公司,1973年从该公司辞职,创办贝恩公司。—译者注

[3]对于机械制造来说,制定公差的目的就是为了确定产品的几何参数,使其变动量在一定的范围之内,以便达到互换或配合的要求。—译者注

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈