Bell Labs và thời hoàng kim của gã khổng lồ độc quyền

"Nếu có một nơi nào đủ sức sánh ngang quyền năng khoa học của các phòng thí nghiệm quốc gia hay các tổ chức tầm cỡ như CERN, thì đó chỉ có thể là Bell Labs", Iulia Georgescu - tổng biên tập tờ Nature Reviews Physics - mở đầu như thế trong một bài nhìn lại những thành tựu suốt gần 100 năm qua của Bell Labs.

Ra đời vào ngày 1/1/1925, tên gọi ban đầu của Bell Labs là Phòng thí nghiệm Điện thoại Bell (Bell Telephone Laboratories), tọa lạc tại một tòa nhà công nghiệp lớn ở Greenwich Village, New York. Phòng thí nghiệm được đặt theo tên của Alexander Graham Bell - nhà phát minh Scotland lỗi lạc, người được cấp bằng sáng chế cho chiếc điện thoại đầu tiên.

Thời kỳ hoàng kim của Bell Labs kéo dài từ những năm đầu thành lập cho đến khoảng cuối thập niên 1980. Những phát minh gắn mác Bell Labs đã thay đổi hoàn toàn thế giới, tiêu biểu là bóng bán dẫn, mạng điện thoại di động, vệ tinh viễn thông, laser sơ khai, pin năng lượng mặt trời, hình ảnh số (thiết bị CCD), truyền dẫn kỹ thuật số, cáp quang xuyên đại dương.

Đặc biệt, đây là cái nôi của các ngôn ngữ lập trình và hệ điều hành nền tảng cho kỷ nguyên máy tính như hệ điều hành UNIX, các ngôn ngữ B, C, C++, S, AWK, và nội dung sơ khai của định dạng ảnh số.

Nói một cách đơn giản, nếu bạn sở hữu một chiếc điện thoại hay máy tính có kết nối Internet và đọc bài viết này, bạn đang trực tiếp thừa hưởng di sản của Bell Labs. Những phát minh của Bell Labs không chỉ hiện hữu quanh ta mà thực sự là trụ cột cho nền kinh tế toàn cầu.

Tầm vóc của viện nghiên cứu này không chỉ được ghi nhận qua 11 giải Nobel và 5 giải Turing (được ví như Nobel ngành máy tính), mà còn lấn sân sang cả văn hóa đại chúng với ba giải Emmy, hai giải Grammy và một giải Oscar cho những đóng góp về công nghệ âm thanh và hình ảnh.

Đã có rất nhiều người phải đặt câu hỏi, làm thế nào mà một phòng thí nghiệm công nghiệp lại có thể tạo ra tầm ảnh hưởng sâu rộng đến cả khoa học cơ bản lẫn khoa học ứng dụng như vậy?

Định nghĩa lại "đổi mới sáng tạo"

Con số hơn 30.000 bằng sáng chế đủ nói lên tầm vóc của Bell Labs. Tuy nhiên, số lượng không phải là cái đích cuối cùng của những người đứng đầu phòng thí nghiệm.

Tại đây, "đổi mới sáng tạo" được định nghĩa một cách khắt khe qua hai thước đo. Một là sản phẩm phải tốt hơn, rẻ hơn (hoặc cả hai). Hai là sự thay đổi đó phải tạo ra tầm ảnh hưởng sâu rộng trên quy mô lớn.

Một ý tưởng giải quyết vấn đề dù đột phá đến đâu cũng chỉ mới là điểm khởi đầu. Nếu thiếu đi quy trình thiết kế, sản xuất, tiếp thị và triển khai thực tế, nó chưa thể được xem là "đổi mới".

Minh chứng rõ nét nhất chính là sự ra đời của bóng bán dẫn vào tháng 12/1947. Ban đầu, đây đơn thuần là một phát minh giúp khuếch đại tín hiệu và đóng ngắt dòng điện. Chỉ khi được đưa vào ứng dụng thực tiễn ở quy mô lớn - đầu tiên là máy trợ thính, kế đó là khí tài quân sự, mạng lưới điện thoại, rồi đến radio và máy tính - các nhà quản lý tại Bell Labs mới chính thức công nhận đây là một "đổi mới". Với họ, giá trị của sáng tạo phải được đo bằng bước chân của nó trong đời sống thực tế.

Tầm nhìn của Bell Labs không chỉ giới hạn dưới mặt đất mà còn vươn ra ngoài không gian. Họ đã đồng hành cùng NASA trong các sứ mệnh huyền thoại như Mercury, Gemini và Apollo. Năm 1962, vệ tinh Telstar 1 của Bell Labs đã trở thành vệ tinh truyền thông đầu tiên truyền tín hiệu tivi trực tiếp xuyên đại dương, mở ra kỷ nguyên truyền hình trực tiếp toàn cầu. Thậm chí, việc phát hiện bức xạ nền vi sóng vũ trụ tại đây vào năm 1964 đã cung cấp bằng chứng thực nghiệm quan trọng nhất cho thuyết Big Bang.

Trong khi các vệ tinh giải quyết việc truyền tín hiệu qua bầu trời, thì dưới lòng đại dương, Bell Labs cũng phải xử lý nhu cầu kết nối bền vững hơn. Năm 1988, họ triển khai TAT-8, hệ thống cáp quang xuyên đại dương đầu tiên. Nhu cầu thực tế là cáp đồng truyền thống đã chạm ngưỡng giới hạn băng thông và chi phí bảo trì quá cao. Phát minh của Bell Labs đã chính thức biến Trái Đất thành nơi dữ liệu có thể chạy xuyên đại dương với tốc độ ánh sáng.

Cũng trong giai đoạn này, khi cần một loại bộ nhớ máy tính mới, Willard Boyle và George Smith tình cờ phát hiện ra cách "nhốt" ánh sáng vào các electron, tạo ra thiết bị tích điện kép (CCD). Nhu cầu ban đầu chỉ là tìm kiếm một phương thức lưu trữ dữ liệu, nhưng nó đã vô tình giải quyết khát khao của nhân loại, đó là lưu giữ hình ảnh một cách kỹ thuật số, khai sinh ra mọi chiếc camera trên điện thoại ngày nay.

Giải những bài toán chưa ai làm

Nhà vật lý đoạt giải Nobel Arno Penzias từng nhận xét: "Bell Labs là một môi trường luôn sẵn những bài toán hóc búa". Quả thực, thời kỳ hoàng kim của Bell Labs gắn liền với công ty chủ quản là AT&T - gã khổng lồ độc quyền viễn thông Mỹ lúc bấy giờ.

Trách nhiệm của Bell Labs là phải phát triển và vận hành một mạng lưới viễn thông khổng lồ và phức tạp chưa từng có của AT&T. Họ buộc phải tự tìm lời giải cho những bài toán chưa ai làm, ví dụ như làm sao để truyền cuộc gọi từ New York đến London với chất lượng cao hơn nhưng chi phí rẻ hơn, làm sao để quản lý và tính toán hóa đơn cho hàng triệu dòng dữ liệu mỗi ngày. Đặt trong bối cảnh giữa thế kỷ XX, đó là những nhiệm vụ tưởng chừng bất khả thi, hình thành nên một môi trường sáng tạo đầy áp lực luôn đầy ắp những bài toán thách thức.

Giai đoạn đầu, từ những năm 1920 và 1930, Bell Labs ghi dấu bằng hàng loạt phát minh thực tiễn như thanh quản nhân tạo giúp người khiếm thanh giao tiếp, truyền hình tầm xa và hệ thống âm thanh đồng bộ cho phim nói giúp chấm dứt kỷ nguyên phim câm.

Không dừng lại ở việc truyền đi âm thanh, Bell Labs còn phải đối mặt với bài toán làm sao để âm thanh đó trung thực nhất. Năm 1927, Harold Black đã phát minh ra Bộ khuếch đại phản hồi âm (Negative Feedback Amplifier).

Nhu cầu thực tế lúc đó của AT&T là các cuộc gọi đường dài thường bị méo tiếng do tín hiệu bị khuếch đại quá nhiều lần trên dây dẫn. Phát minh của Black, ban đầu bị coi là vô lý vì làm giảm công suất, thực chất đã triệt tiêu độ nhiễu và trở thành nền tảng cho toàn bộ ngành điện tử hiện đại, giúp con người có thể nghe thấy giọng nói của nhau xuyên lục địa một cách rõ nét.

Sự hậu thuẫn của AT&T mang lại cho Bell Labs một đặc quyền vô giá, đó là một nguồn ngân sách khổng lồ. Là một trong những công ty lớn nhất thế giới bấy giờ, AT&T không tiếc tay đổ tiền vào nghiên cứu và phát triển (R&D). Vào thập niên 1980, ngân sách hoạt động hàng năm của Bell Labs lên tới 2 tỷ USD, tương đương khoảng 7 tỷ USD theo giá trị ngày nay.

Tiềm lực tài chính vững mạnh giúp phòng thí nghiệm duy trì đội ngũ nhân sự lên đến 25.000 người, quy tụ những bộ óc hàng đầu thế giới lúc bấy giờ. Tại đây, các chuyên gia không chỉ được làm việc với các thiết bị đắt đỏ mà còn sở hữu những không gian nghiên cứu đặc thù, đơn cử như các buồng không vang (anechoic chambers), tạo ra sự yên tĩnh tuyệt đối để phục vụ các thí nghiệm âm thanh chính xác nhất hành tinh.

Tuy nhiên, có lẽ lợi thế lớn nhất mà AT&T đem đến cho Bell Labs chính là sự độc quyền trong lĩnh vực viễn thông. Mọi người thường nghĩ sự sáng tạo và độc quyền khó mà song hành cùng nhau. Nhưng trong trường hợp này, chính việc không có đối thủ cạnh tranh xứng tầm lại khiến các kỹ sư của Bell Labs có một sự xa xỉ mà các công ty khởi nghiệp ngày nay không có, chính là thời gian. Họ có hàng thập kỷ để kiên trì theo đuổi một vấn đề.

Minh chứng là mạng di động - ý tưởng vốn đã được phác thảo từ cuối thập niên 1940, nhưng phải mất 30 năm nghiên cứu tỉ mỉ, các kỹ thuật viên mới bắt đầu thử nghiệm mạng lưới thực tế tại Chicago để đánh giá tiềm năng. Với thế giới, đổi mới có thể cần nhanh chóng, nhưng tại Bell Labs, những đột phá thực thụ thường diễn ra từ từ và cần nhiều nỗ lực, từng bước một.

Ma sát của những ý tưởng

Mervin Kelly có lẽ là cái tên quan trọng nhất trong việc định hình nền tảng văn hóa của Bell Labs. Ngay giữa thời kỳ Đại suy thoái (1929-1939), trong khi nền kinh tế rơi vào thời kỳ u tối, ông lại ngược dòng đi khắp nước Mỹ để chiêu mộ những bộ óc sáng giá nhất.

Nhờ tầm nhìn xa trông rộng của Kelly, những tên tuổi kiệt xuất như William Shockley, Gerald Pearson hay John Pierce đã hội quân tại Bell Labs. Họ chính là những người sau này đặt nền móng cho bóng bán dẫn, pin năng lượng mặt trời và vệ tinh viễn thông đầu tiên. Chính việc đặt cược vào yếu tố con người giữa thời điểm ngặt nghèo nhất đã đảm bảo cho Bell Labs một vị thế độc tôn và đà phát triển rực rỡ suốt nhiều thập kỷ sau đó.

Kelly tin rằng những thách thức kỹ thuật trong tương lai không thể được giải quyết đơn lẻ. Thay vì chỉ dựa vào vật lý, ông chủ trương huy động hợp tác đa ngành, từ khoa học vật liệu, hóa học cho đến luyện kim và kỹ thuật điện. Với Kelly, đổi mới sáng tạo không nảy sinh từ những bộ óc có cùng hệ tư tưởng, mà đến từ sự "ma sát" giữa các cách tiếp cận khác nhau.

Tại Bell Labs, tiêu chuẩn tuyển chọn không chỉ dừng lại ở trí thông minh mà còn là sự tò mò. Thậm chí, không gian làm việc cũng được thiết kế với những dãy hành lang dài, buộc các chuyên gia và nhà khoa học phải thường xuyên gặp gỡ, đi bộ cùng nhau và bị cuốn vào những cuộc tranh luận ý tưởng sôi nổi.

Nhiệm vụ quan trọng nhất mà AT&T giao phó cho Bell Labs là cải tiến công nghệ cho hệ thống điện thoại. Thế nhưng, tầm nhìn của Mervin Kelly và đội ngũ lãnh đạo thời bấy giờ đã đi trước thời đại rất xa, khi quyết định tài trợ cho nhà toán học George Stibitz. Năm 1937, từ những linh kiện điện thoại dư thừa (rơ-le, bóng đèn), Stibitz đã chế tạo ra "Model K" - chiếc máy tính số đầu tiên có khả năng thực hiện phép cộng nhị phân.

AT&T cần một công cụ để tự động hóa các phép tính toán học phức tạp phục vụ thiết kế mạng lưới mà sức người không làm xuể. Đây chính là bước đi đầu tiên đưa loài người rời bỏ thế giới của các bánh răng cơ học để tiến vào kỷ nguyên của logic nhị phân (0 và 1).

Họ sẵn sàng đổ vốn vào nghiên cứu vật liệu bán dẫn sơ khai, hay bảo trợ cho những nghiên cứu thuần túy lý thuyết của Claude Shannon - "cha đẻ" của lý thuyết thông tin, nền tảng mở ra kỷ nguyên số hóa toàn cầu. Đây là những thương vụ đầu tư đầy rủi ro mà không một công ty viễn thông nào trên thế giới thời điểm đó dám mạo hiểm thực hiện.

Claude Shannon cũng chính là người đặt nền móng cho trí tuệ nhân tạo (AI). Từ năm 1952, ông đã tạo ra "Theseus" - một chú chuột cơ khí có khả năng tự tìm đường trong mê cung. Đây là một trong những ứng dụng thực tế đầu tiên của AI, chứng minh rằng máy móc có thể học và ghi nhớ.

Gắn liền với thực tiễn

Bí mật thành công của Bell Labs thực tế nằm ở một triết lý đơn giản, đó là sự kết nối hoàn hảo giữa lý thuyết và thực hành. Bell Labs chưa bao giờ là một ốc đảo nghiên cứu tách biệt. Nó là mắt xích quan trọng trong một chuỗi giá trị khép kín, từ những nghiên cứu cơ bản, đi qua dây chuyền sản xuất khổng lồ tại Western Electric, và cuối cùng là triển khai thực tế trên mạng lưới viễn thông của AT&T.

Tại Bell Labs, những ý tưởng nghiên cứu chưa bao giờ là những pháo đài học thuật tách rời khỏi thực tiễn và thị trường. Mỗi nhà khoa học đều thấm nhuần một nguyên lý cốt lõi, đó là mọi sáng tạo phải phục vụ mục tiêu làm cho hệ thống tốt hơn hoặc rẻ hơn.

Có một câu chuyện được xem là minh chứng tiêu biểu cho triết lý. Vào đầu những năm 1950, nhà khoa học Morris Tanenbaum - khi ấy được Bell Labs giao trọng trách thay đổi cấu trúc của bóng bán dẫn - một linh kiện mới mẻ thời bấy giờ nhưng lại đang được chế tạo từ Germanium, một loại kim loại quý hiếm. Mục tiêu của ông là tìm kiếm một vật liệu ưu việt hơn, dễ khai thác hơn, chịu nhiệt tốt hơn mà vẫn đảm bảo tính năng.

Sau nhiều tháng ròng bế tắc trong thất vọng, một buổi tối nọ, ông đã lái xe đến phòng thí nghiệm để thử nghiệm một hướng đi khác. Lần này, ông thí nghiệm trên một miếng silicon kẹp nhiều lớp siêu mỏng đã được kiểm soát tạp chất do các đồng nghiệp ngành luyện kim đặc chế. Ông tạo ra các kết nối bằng cách nung chảy những sợi dây nhôm mảnh xuyên qua bề mặt. Ông viết vội vào sổ tay: "Đây chính là loại bóng bán dẫn mà chúng ta hằng mong đợi. Việc chế tạo nó chắc chắn sẽ rất dễ dàng".

Ngay trong buổi tối xa xôi vào ngày 17/3/1955 ấy, ông đã nhìn ra rằng loại bóng bán dẫn này có thể được đưa vào sản xuất - thậm chí là sản xuất với số lượng khổng lồ. Đó chính là chìa khóa. Tanenbaum hiểu rằng, với bệ phóng từ Bell Labs, loại bóng bán dẫn này sẽ sớm được sản xuất hàng loạt để tạo ra lợi thế kinh tế về quy mô. Chính tầm nhìn thực tiễn ấy đã khai mở kỷ nguyên bán dẫn và trực tiếp viết nên lịch sử công nghệ mà chúng ta đang sống ngày nay.

Tái tạo công thức thành công?

Tháng 4/2025, Murray Hill (New Jersey) đón nhận một cuộc "hành hương" đặc biệt của hàng trăm nhà khoa học và kỹ sư. Họ trở về để kỷ niệm một thế kỷ hình thành của Bell Labs - dù rằng mọi thứ đã không còn như xưa.

Dưới áp lực của luật chống độc quyền, vào năm 1984, AT&T buộc phải chia tách và từ bỏ quyền kiểm soát đối với nhiều bộ phận kỹ thuật quan trọng, bao gồm cả cấu trúc sở hữu tại Bell Labs. Sau nhiều thăng trầm lịch sử, Bell Labs hiện nay thuộc sở hữu của Nokia và đang tập trung nguồn lực vào các công nghệ tiên phong như mạng 6G, điện toán lượng tử và hạ tầng viễn thông không gian.

Một trong những chương mới đầy tham vọng nhất chính là các dự án ngoài hành tinh. Bell Labs đang trực tiếp hợp tác với NASA để thiết lập mạng di động đầu tiên trên Mặt Trăng. Vào năm 2027, khi sứ mệnh Artemis III đặt chân lên cực Nam của Mặt trăng, các phi hành gia sẽ sử dụng hệ thống kết nối của Nokia Bell Labs tích hợp ngay trong bộ đồ không gian. Mạng lưới này sẽ truyền tải video thời gian thực, dữ liệu sinh trắc học và viễn thám về Trái Đất, hỗ trợ hành trình tìm kiếm nguồn nước – bước đệm sống còn để nhân loại vươn tới Sao Hỏa.

Giờ đây, Bell Labs không còn được nhắc đến nhiều như xưa, nhưng có một câu hỏi mà rất nhiều chuyên gia vẫn đang đặt ra khi nghĩ đến một mô hình phòng thí nghiệm xuất sắc: Làm thế nào để tái tạo công thức thành công của Bell Labs thuở trước trong thế giới ngày nay?

Việt Anh tổng hợp

---

Nguồn:

What the Legendary Bell Labs Can Teach Us About Innovation, The Wall Street Journal
https://www.wsj.com/tech/bell-labs-research-development-018dd8ea

Bringing back the golden days of Bell Labs, Nature.
https://www.nature.com/articles/s42254-022-00426-6

Nokia Bell Labs celebrates 100 years of innovation and looks ahead to another century of discovery, Nokia.
https://www.nokia.com/bell-labs/nokia-bell-labs-celebrates-100-years-of-innovation-and-looks-ahead-to-another-century-of-discovery/