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麥當勞還是Wendy漢堡:同樣的等待不一樣的排隊

科學松鼠會_96
・2012/11/08 ・2055字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 464 ・五年級

排隊是件煩人的事情,卻又無法避免。不同地方排隊方式不總是一樣。很多地方採用的是「蛇形排隊法」,在幾個櫃檯同時工作的時候,所有的顧客只排一隊,隊伍像一條長長的蛇一樣在間隔的柵欄之間穿行,排在隊伍最前面的顧客就可以得到服務。而有的地方採用的則是傳統的,每個櫃檯後面各自排一隊的方式。美國賣漢堡的兩家速食店——Wendy漢堡和麥當勞,就分別使用了蛇形排隊法和多列排隊法。如果要較個真的話,這兩種排隊方法孰優孰劣呢?

麥當勞和Wendy漢堡

假設餐廳裡有兩個櫃檯可以提供服務,在幾十秒之內 10 位顧客先後到達,排起了隊,麥當勞和 Wendy 漢堡店裡的隊伍分別會是這樣:

假設這十位顧客中有九位顧客每人需要 1 分鐘就能就能買完漢堡走人,但排在第五個的「紅衣男子」是位麻煩顧客,需要 10 分鐘時間才能搞定。在這兩種排隊方式之下,哪一種可以讓顧客平均花費的時間更短?

兩分鐘後,麥當勞和 Wendy 漢堡的前四位顧客都買完東西了,這時輪到「特殊顧客」登場。

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在第三分鐘的時候,麥當勞 B 櫃檯向前移了一步, Wendy 漢堡的 B 櫃檯也換了一個新顧客,而 A 櫃檯還是被紅衣顧客霸佔著。

到了四分鐘,情況如故,兩家店的 B 櫃檯又迎來一位新顧客。在麥當勞裡, A 櫃檯排在紅衣男後面的兩位顧客發現有點不對勁:自己的隊伍為什麼這麼慢?鑑於B櫃檯前面只剩一個人了,於是他們都換到 B 櫃檯隊伍裡,只留下特殊顧客一個在 A 櫃檯前。

這樣下來,最後兩家店都是需要一共 7 分鐘的時間,服務完9位普通顧客(紅衣男除外)。不過,你可能覺著麥當勞的幾位顧客因為那位紅色特殊顧客的原因每人浪費了 1 分鐘的時間,這會導致兩家店九位正常顧客的平均花費的時間(包括排隊等待+買東西)不一樣嗎?計算表明,在麥當勞和 Wendy 漢堡的排隊時間都是 3.44 分鐘,是相同的。

哪種排隊方式最方便?

其實無論對於麥當勞,還是 Wendy 漢堡,特殊顧客出現之前,兩個櫃檯整體的服務能力都是每分鐘服務 2 名顧客。在某一時刻,特殊顧客同時在兩家店出現之後,霸住一個櫃檯,櫃檯整體服務能力就變成每分鐘服務 1 名顧客,所以無論排一列還是兩列隊,兩家店平均服務效率是一直是相同的,並不會改變顧客時間。除非採取「多列排隊」的櫃檯有的空出來了,,但是這種情況也不會出現,因為一旦某個櫃檯空出來了,其他列的顧客會立刻補過去。

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現實情況比上面的例子複雜的多,每位顧客到達的先後順序、需要的服務時間不是固定的,而是按照一定的概率分佈的。但模擬的結果同樣會發現,「蛇形排隊法」對於節省時間其實並沒有幫助。

特殊顧客排在列裡的位置 其他九位顧客平均所花的時間(分鐘) 所有十位顧客平均所花的時間(分鐘)
第一或第二位 5 5.5
第三或第四位 4.11 4.8
第五或第六位 3.44 4.3
第七或第八位  3  4
第九或第十位  2.78  3.9

如果我們讓特殊顧客早一點出現或者晚一點出現,也就是說讓他在最開始的時候不是第五個排,Wendy漢堡店裡擺放的那些「蛇形」排隊通道既然不能縮短排隊時間,就真的沒有意義了嗎?實際上這種排隊方式是最大優點是公平,保證先到先得。

如果你在麥當勞排隊,特殊顧客第一個到,之後其他顧客依次到達(數字表示到達的前後順序),排好隊之後發現 A 櫃檯被一名「神秘顧客」霸住,就等不能結束。於是 A 櫃檯的那一隊顧客轉投B櫃檯,很不幸,這時他們只能排在 B 隊末尾。

如此一來,原本第三個到的變成了花時間最多的、最後一個走的。而在 Wendy 漢堡的排隊就不存在這個問題,它總是可以保證「先到先得」,花費的時間由最開始在隊伍的位置決定。當然,麥當勞的排隊方式由顧客自己選擇排哪個隊伍,中途自行決定是否更換隊伍,Wendy漢堡只有一列隊伍,沒有這些「煩惱的選項」。於是也就不會出現下面這種排隊時最討厭遇到的情況了:

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不過 Wendy 漢堡的排隊方式也有一個壞處,因為只有一列隊,而且很長,顧客容易在心理上覺著人多擁擠、望而生畏,進而影響到店內生意。要說「麥當勞式」排隊法好還是「Wendy漢堡式」排隊法好,還得取決於服務的內容、顧客到達的的頻率、服務時間的概率分佈、場地大小等各方面因素。如果要讓顧客選,顧客最願選擇的恐怕還是永遠看不到等待的隊伍。

轉載自 科學松鼠會,作者:Albert_JIAO。原文發表於果殼網(guok.com)「死理性派主題站」《麥當勞還是Wendy漢堡:同樣的等待不一樣的排隊

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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不屑成為世人追捧的「猶太商人」!少年寧願拋棄家業,也要去學哲學──《不馴的異端》
麥田出版_96
・2022/09/02 ・2339字 ・閱讀時間約 4 分鐘

異端哲學家的誕生

1632 年 11 月 24 日,巴頓.斯賓諾莎(Bento de Spinoza)在阿姆斯特丹葡萄牙裔猶太社區一個著名的商人家庭中出生。

雖然巴魯赫.史賓諾沙(Baruch Spinoza)出生於猶太家庭,他的父親甚至是猶太人公會會長和教會學校校長,但他卻在 23 歲那年就被猶太教會驅逐。圖/wikipedia

這個賽法迪猶太社區是由過去的「新基督徒」所建立(所謂「新基督徒」指的是 15 世紀末 16 世紀初在西班牙和葡萄牙被迫改信天主教的猶太人以及他們的後代)。為了逃避西班牙伊比利宗教裁判所的騷擾,許多新基督徒最終在十七世紀初於阿姆斯特丹和其他北方城市定居。

剛獨立的荷蘭共和國(尤其是最大的荷蘭省)因為其普遍寬容的環境,以及對於經濟發展的重視(遠大於對宗教統一的重視),為這些難民提供了重新建立猶太生活、皈依祖先所信仰之猶太教的機會。

雖然荷蘭社會中仍然有一些保守階層叫嚷著要驅逐他們之間的「葡萄牙商人」,但是阿姆斯特丹更開明的政要以及荷蘭社會中許多更開明的民眾,並不願意重蹈西班牙一個世紀前的覆轍,把對荷蘭經濟重要的人口驅逐出去。

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畢竟,這群猶太人的生產力和商業人脈為荷蘭黃金時代的繁榮發展做出了極大貢獻。

斯賓諾莎也曾是教會眼中的的乖寶寶

斯賓諾莎一家並不是城市中最富有的賽法迪猶太家族。他們的財富與最富有的荷蘭階層相比顯得微不足道。然而,他們仍然過著還算舒適的生活。

斯賓諾莎的父親米格爾是一位乾果和堅果的進口商人,其產品主要來自西班牙和葡萄牙的殖民地。從他本人的自述以及他在同業中的名聲來看,斯賓諾莎的父親似乎曾經是一位相當成功的商人。

斯賓諾莎(他在猶太教會裡則被稱為「巴魯赫」)肯定是一位智商過人的天才少年,他在猶太社區學校的求學過程中不斷進步,讓他的老師留下了深刻印象。

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斯賓諾莎從小就展現了過人的天賦。圖/elements.envato

他大概曾在猶太兒童宗教會向著名的祭司學習,例如瑪拿西.以色列(Menasseh ben Israel)、以撒.馮塞卡(Isaac Aboab da Fonseca)和索爾.莫特拉(Saul Levi Mortera)。

以色列是一位有包容力且胸懷世界主義的猶太祭司,他可能是當時歐洲最著名的猶太人;馮塞卡則是有神祕主義傾向的祭司;另外莫特拉是當時宗教會的祭司長,他更傾心於理性哲學,但也因此經常與馮塞卡祭司在卡巴拉哲學(kabbalah)(一種猶太教神祕主義)的議題上產生衝突。

斯賓諾莎也許在學校表現優異,但與人們長久以來的說法相反,他認真學習的理由並不是為了成為一位猶太祭司。事實上,他並未進入更高階的學校課程(高階課程必須修習猶太法典《塔木德》)。

兄長與父親相繼驟逝,只剩下「繼承家業」這條路?

在 1649 年,斯賓諾莎的兄長以撒去世了。由於過往一直是以撒幫助父親管理家族生意,此時斯賓諾莎不得不終止他在學校的課業,接下以撒的工作。

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1654 年,斯賓諾莎的父親去世時,就剩下他與另一位身為全職商人的兄長加百列經營家族企業,此時他們的公司稱為「巴頓-加百列.斯賓諾莎公司」。

然而,背負著父親留下的債務,公司在他們兄弟的領導下舉步維艱。畢竟斯賓諾莎似乎不是一位精明的商人。斯賓諾莎對從商並不怎麼感興趣。

在葡萄牙裔猶太人社區裡,經濟上的成功會帶來地位和聲望,但這些對他來說都沒有什麼吸引力。與加百列接手家族企業的時候,他已經開始分心,漸漸擺脫這些世俗事務,並把愈來愈多的時間精力投入到他對知識領域的興趣。

擺脫世俗價值,當自己的主人

幾年後,他回顧這段轉向哲學生活的過程時就提到,他愈來愈意識到大多數人(包括他自己)追求的只是虛榮心,而絲毫不重視目標的真正價值:

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我的經驗告訴我,所有日常事物都是空虛和徒勞。我認知到,所有引起我恐懼的事物,其本身其實並沒有好壞之分,只是因為我的心因其動搖。

我終於下定決心試著尋找是否有什麼東西是真正的善,其本身就充滿能量。

我將拒絕其他事物,只讓真正的善影響我的心。我好奇是否有什麼東西,一旦發現和獲得之後,就會持續帶來最深的喜悅,直到永遠。

在做每一件事的時候,你們有想過這件事的價值是甚麼嗎?圖/WildMediaSK

當然,他並非沒有意識到放棄先前工作而開始這項新事業後所會面臨的風險。

我之所以說「我終於下定決心」,是因為乍看之下,願意為了當下還不確定能獲得的東西,而失去某些確定的東西,這似乎不是明智的決定。

當然,我看到了榮譽和財富所帶來的好處,而且如果我想認真地投身於某種全新且截然不同的事業,就不得不放棄追求那些好處。

如果碰巧榮譽和財富能帶來最大的幸福,那麼我明白自己將與那樣的幸福無緣。

然而,如果最大的幸福並不在榮譽和財富之中,而我卻只把精力用於追求它們,那麼我也一樣會與這種幸福無緣。

在 1650 年代早期到中期,斯賓諾莎下定決心不再將他未來的重心放在進口乾果上,轉而開始追求哲學。從此以後,他要前去探索知識和真正的幸福。

——本文摘自《不馴的異端:以一本憤怒之書引發歐洲大地震,斯賓諾莎與人類思想自由的起源》,2022 年 8 月,天下文化 ,未經同意請勿轉載。

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麥田出版_96
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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。

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洗澡時突然浮現:八叛徒的諾貝爾獎級專利,半導體的「平面製程」——《掀起晶片革命的天才怪咖:蕭克利與八叛徒》
親子天下_96
・2022/07/17 ・5127字 ・閱讀時間約 10 分鐘

一場淋浴的時間,革命性想法突然浮現

1959 年 1 月初,赫爾尼早上起床淋浴時,一個在他腦中深藏許久的念頭突然浮現出來,他似乎看到了一線曙光,可以解決令大家束手無策的困境!

赫爾尼早上起床淋浴時,一個在他腦中深藏許久的念頭突然浮現出來。 圖/envato

根據貝爾實驗室的技術手冊,當矽晶圓完成摻雜後,必須用溶劑把表面剩餘的氧化層全部清除乾淨。因為擴散法應該也會把雜質摻入氧化層裡,若沒有全部移除,被汙染的氧化層恐怕會影響電晶體的導電性。不過如此就會讓 p-n 接面裸露在外,所以才必須用金屬外殼加以密封。

赫爾尼當時就懷疑氧化層是否真的會被汙染,就算會,真的會影響電晶體嗎?

他覺得氧化層有隔絕保護作用,保留下來或許利大於弊,但貝爾實驗室與同事都說照著技術手冊做就對了。後來要忙著趕 IBM 的訂單,他就把這想法擱在一旁,未再深入研究,現在他才突然想到如果有氧化層擋著,掉落的金屬碎屑就接觸不到 p-n 接面,也就不會影響電晶體了。

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赫爾尼進辦公室後,連忙翻出當初所寫的筆記,重新整理謄寫。而在塗塗寫寫的過程中,腦中又冒出一個革命性的想法。

高臺式電晶體是先用擴散法在集極表面摻雜成基極,再用光刻技術在基極中央蝕刻出窗口,摻雜成射極。但何不一開始就用光刻技術做出基極?這樣底層的集極就不會全部被基極蓋住,集極、基極與射極三者都在同一平面,它們之間的 p-n 接面用同一層二氧化矽保護,只露出接腳的接觸點。由於電極彼此更靠近,效能會更好,而在製造上也更加簡單。

諾貝爾獎級的專利:平面製程

赫爾尼興奮的向諾宜斯與摩爾等人提出這個「平面製程(Planar process)」的構想,大家都半信半疑,違背技術手冊的指示,保留氧化層真的不會有問題嗎?不過目前也沒別的辦法,況且真的成功的話,不僅能解決眼下的問題,還能大幅提升電晶體效能與生產效率,讓快捷半導體的競爭力更上一層樓。他們決定放手一搏,同時趕緊找專利律師申請專利。

赫爾尼的平面製程概念(左圖)與高臺式電晶體(右圖)比較。平面製程的電晶體讓基極、射極和集極都在同一個平面上,並且都受到二氧化矽保護。圖/親子天下

「你們希望這項專利涵蓋哪些範圍?」專利律師開頭就先問這個問題。

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諾宜斯等人頓時都愣住了,不就電晶體嗎?律師才進一步解釋:「這平面製程不是一種製造方法嗎?除了電晶體,也可以用來製造其他半導體元件吧?」

摩爾見諾宜斯還在出神中,只好出聲回答:「當然可以。要的話,二極體、電阻、電容這些也都可以用平面製程,但意義不大,這些也不是我們的目標市場。」

「為什麼?」

「因為這些元件構造簡單,沒必要用平面製程,純粹看生產規模,規模越大,成本越低。這是德州儀器、雷神這些大公司的優勢,我們只能攻電晶體,以技術取勝。」

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律師點點頭:「那就只針對電晶體申請專利保護囉?」

「等一下!」神遊中的諾宜斯突然插進來,卻又思索了一下才說:「還是把其他半導體元件都納進來好了。別誤會,我沒有要做這些東西,只是剛剛想到——如果用平面製程把它們都放在同一片晶圓上呢?

大家不解的望著諾宜斯,只見他站起來走向黑板,一邊問大家:「你們想想,IBM 拿到我們的電晶體之後,再來呢?」

接著諾宜斯在黑板畫起一個一個小方塊,說:「他們得把電晶體、二極體、電阻、電容這些元件一個個銲接到電路板上。我估計全部至少有幾百顆,甚至上千顆吧,每顆都要接上金屬電路,還得有銲接的空間,結果元件本身所占的空間其實不到一半。」黑板上的圖就像幅地圖,上面坐落著一棟棟平房,空地與道路占了大片土地。

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電路板上的各種電子元件就像地圖上的房子,有大半的面積被空地與道路佔據,房子(電子元件)只占一小部分。 圖/Pixabay

「不只如此。」諾宜斯再用紅色粉筆在小方塊中間畫個小圈圈,說:「每個元件真正有用的只有這裡,其餘只是外殼包裝。你們看,如果只有這些小圈圈,讓它們彼此緊鄰在一起,空間就只有原來電路板的 5% 不到吧。」

大家似乎開始明白諾宜斯要說什麼,但貝仍疑惑的問道:「我可能沒你們懂,但怎麼可能沒有外殼,還緊鄰在一起?它們得有保護,彼此也得分開才不會漏電,不是嗎?」

赫爾尼微笑著替諾宜斯回答:「二氧化矽可以提供保護,也能用來區隔元件。我只想到多做一次光刻技術,但既然能做兩次,當然三次、四次、……要幾次都可以,就能把各種元件都做在一起。」

摩爾接著說:「而且蝕刻出的缺口不僅用於摻雜,也可以蝕刻出複雜的溝槽作為電路。既然每個元件的接觸點都在同一平面,便可以像印刷電路板那樣,直接把銅線印在溝槽上,原來在電路板上的電路就都整合在一個晶片裡了。諾宜斯,這真是絕妙的點子!」

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「這得感謝赫爾尼先想出平面製程。不過這只是個概念,具體上要怎麼做,摩爾,我們倆再一起研究。」

貝興奮的說:「這只要做出來,再貴我都賣得出去!我告訴你們,空軍的人一直在問我能不能做得更小呢。因為除了轟炸機,還有導彈、火箭也都要裝上電腦,它們的空間更小,電腦越小越好,到時候這些訂單非我們莫屬。」

被捷足先登的專利申請

的確如貝所說,美國政府正在傾全力推動太空計劃,並加強國防科技。因為蘇聯在 1957 年 10 月 4 日,毫無預警的發射第一顆人造衛星史普尼克一號(Sputnik 1),嚇了美國一大跳,發現原來蘇聯的太空科技竟然遙遙領先。萬一蘇聯將太空科技用於戰爭,勢必會取得空中優勢,甚至危及美國本土。

蘇聯第一顆人造衛星史普尼克一號(Sputnik 1)1 : 1等比模型。 圖/wikimedia

因此,美國政府除了要軍方強化飛機、飛彈與各項國防武器的性能,同時在 1958 年 10 月成立「國家航空暨太空總署(NASA)」,整合資源與各界人才,以求在這場太空競賽超越蘇聯。軍方與 NASA 都有龐大預算,為了盡速達成任務,都願意採用最新技術,花起錢來也毫不手軟,對快捷半導體而言正是大好時機。

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專利律師先針對平面製程申請專利,積體電路則還要等諾宜斯寫出具體方法,才能提出專利申請。不料,諾宜斯和摩爾尚在研究,3 月時竟然被捷足先登,德州儀器召開記者會,發表史上第一顆積體電路!

原來德州儀器的工程師基爾比(Jack Kilby)去年 6 月就提出積體電路的構想,然後在 9 月以手工做出一個晶片雛形,只有電晶體、電阻和電容三個元件,電路另外用金線銲接而成,雖然粗糙簡單,但確實能正常運作。如果德州儀器祭出專利保護,快捷半導體就無法開發積體電路這極具潛力的產品,嚴重影響公司的未來。

辭職風暴

屋漏偏逢連夜雨,在公司前途未卜之際,總經理鮑德溫竟然要辭職。諾宜斯等人錯愕又憤怒,要他當面說清楚。

貝先開口責問他:「鮑德溫,現在公司遇到問題,你身為主帥不面對處理,反而要先落跑,未免太現實了吧?」

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「我如果真的現實,去年 IBM 訂單問題搞不定時老早就走了。人總是有更高的目標要追求,就這麼簡單。」

羅伯特忍不住嗆他:「更高?你已經是總經理,權力、薪水與分紅都比我們幾個創辦人高,還有什麼不滿意?」

鮑德溫平靜的回答:「我很感謝你們的禮遇,但總經理也只是受聘的經理人,再怎樣也和你們幾位大股東沒辦法比。」

諾宜斯真摯的說:「你如果嫌認股權太少,可以提出來啊。」

鮑德溫嘆了一口氣說:「那就說開了吧。有家國防承包商願意出資,讓我成立公司製造電晶體,一些工程師也會跟我走。」

公司前途未卜之際,總經理鮑德溫選擇辭職離開。(示意圖) 圖/envato

「什麼,你也太沒道義了!」「了不起,主帥帶兵投靠敵營。」「你這叛徒!」「你膽敢偷走技術,就等著被告!」憤怒的斥責馬上此起彼落。

「你們有什麼資格說我?你們幾個不也是背叛蕭克利自立門戶?」鮑德溫馬上惱羞成怒,展開反擊:「我不過帶走十幾個人,你們對原公司造成的傷害才大吧。論道義,你們更沒道義!我本想大家好聚好散的,現在也沒什麼好說了。祝你們好運,再見。」說完即頭也不回的走出門外。

會議室裡一片沉寂,大家不約而同想到當年從蕭克利半導體實驗室集體請辭的情景:平時易怒暴躁的蕭克利竟然一句話都沒說,鐵青著臉直接走出辦公室。反倒是貝克曼跑來找他們曉以大義,發現無法挽回後,隨即變臉威脅要控告他們侵權洩密。沒想到如今換他們嚐到這滋味了。

諾宜斯先打破沉默:「我們來討論總經理人選吧。你們有沒有想到誰還不錯的?」

克雷納舉起手說:「我覺得不要再從外面找了,找來難保又跟鮑德溫一樣。就諾宜斯你來當吧,這一年多來,你應該也學到不少經營面的大小事了。」

大家紛紛附議贊同,這次諾宜斯也不再謙讓,決定扛下這重責大任,研發副總一職便交給摩爾。

摩爾趁此時報告積體電路的應對策略:「我們和專利律師討論過了,德州儀器雖然先申請積體電路的專利,但他們的電路仍得用銲接的,而諾宜斯結合了平面製程與印刷電路,這兩項技術都不在他們的設計裡,應該可以認定為新發明。所以我們決定還是申請專利,無論如何,總比棄械投降來得好。」

基爾比與諾宜斯兩人的積體電路設計對比。左圖是基爾比的設計,可以明顯看出電子元件上都有額外拉出的電線。而右圖是諾宜斯的設計就簡潔許多,電線和電子元件都是平整的放置在一個平面上。圖/親子天下

「沒錯,不用管別人,我們就照原先計劃往前走。等送出專利申請、做出樣品後,我們也要舉辦盛大的積體電路發表會,讓所有人知道誰的技術管用。」諾宜斯馬上展現了總經理的氣勢。

積體電路的專利申請於 1959 年 7 月送出,未待審核結果出爐,本身是發明家的費爾柴爾德就以實際行動展現對他們的信心與支持,提前於 10 月執行選擇權,依當初合約所載,用三百萬買下全部股權。

八叛徒當初每人拿出 500 元,如今兩年不到就換回 25 萬元,當然是美夢成真,也讓外界人人稱羨。不過,卻有兩個人看在眼裡頗不是滋味,那就是蕭克利與貝克曼。

將希望壓在四層二極體的蕭克利

諾宜斯等人出走時,蕭克利仍不認為自己有錯,他得到的教訓反而是認為國內這些心高氣傲的年輕人不聽話又沒忠誠度,不如從歐洲招募三、四十歲的博士,他們更加成熟穩定,好用多了。何況八叛徒本來不懂電晶體,都是他一手教出來的,現在換另一批人,他當然也可以在短時間內就讓他們上手。

因此,無論面對貝克曼或是外界的質疑,他都信心滿滿的堅稱集體離職事件不會有任何影響,實驗室仍將正常運作。

然而,就算貝克曼也這麼認為,他對蕭克利半導體實驗室已有不同想法了。1958 年,貝克曼將它從集團的附屬機構獨立出來為「蕭克利電晶體公司」,顯然已不想再燒錢打造另一個貝爾實驗室,而是要它像一般公司那樣盈虧自負。

蕭克利終於在 1959 年成功開發出 p-n-p-n 四層二極體,卻因為品質不穩定,未能如他原先預想的用於AT&T 的電話交換機;而軍方那邊也沒能賣出多少,以致公司繼續虧損。

貝克曼決定不玩了,剛好克里夫蘭一家傳統企業也想跨足半導體,而蕭克利的名聲仍有相當吸引力,便在 1960 年將公司賣給他們。

蕭克利倒不在意換新東家,反正他仍然在原地繼續做原來的事,只要解決四層二極體的品質問題,還是有機會從 AT&T 拿到源源不絕的訂單,到時所有人——尤其是八叛徒,就會知道他才是最後的贏家。

——本文摘自《掀起晶片革命的天才怪咖:蕭克利與八叛徒》,2022 年 7 月,親子天下,未經同意請勿轉載。

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麥當勞還是Wendy漢堡:同樣的等待不一樣的排隊
科學松鼠會_96
・2012/11/08 ・2055字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 464 ・五年級

排隊是件煩人的事情,卻又無法避免。不同地方排隊方式不總是一樣。很多地方採用的是「蛇形排隊法」,在幾個櫃檯同時工作的時候,所有的顧客只排一隊,隊伍像一條長長的蛇一樣在間隔的柵欄之間穿行,排在隊伍最前面的顧客就可以得到服務。而有的地方採用的則是傳統的,每個櫃檯後面各自排一隊的方式。美國賣漢堡的兩家速食店——Wendy漢堡和麥當勞,就分別使用了蛇形排隊法和多列排隊法。如果要較個真的話,這兩種排隊方法孰優孰劣呢?

麥當勞和Wendy漢堡

假設餐廳裡有兩個櫃檯可以提供服務,在幾十秒之內 10 位顧客先後到達,排起了隊,麥當勞和 Wendy 漢堡店裡的隊伍分別會是這樣:

假設這十位顧客中有九位顧客每人需要 1 分鐘就能就能買完漢堡走人,但排在第五個的「紅衣男子」是位麻煩顧客,需要 10 分鐘時間才能搞定。在這兩種排隊方式之下,哪一種可以讓顧客平均花費的時間更短?

兩分鐘後,麥當勞和 Wendy 漢堡的前四位顧客都買完東西了,這時輪到「特殊顧客」登場。

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在第三分鐘的時候,麥當勞 B 櫃檯向前移了一步, Wendy 漢堡的 B 櫃檯也換了一個新顧客,而 A 櫃檯還是被紅衣顧客霸佔著。

到了四分鐘,情況如故,兩家店的 B 櫃檯又迎來一位新顧客。在麥當勞裡, A 櫃檯排在紅衣男後面的兩位顧客發現有點不對勁:自己的隊伍為什麼這麼慢?鑑於B櫃檯前面只剩一個人了,於是他們都換到 B 櫃檯隊伍裡,只留下特殊顧客一個在 A 櫃檯前。

這樣下來,最後兩家店都是需要一共 7 分鐘的時間,服務完9位普通顧客(紅衣男除外)。不過,你可能覺著麥當勞的幾位顧客因為那位紅色特殊顧客的原因每人浪費了 1 分鐘的時間,這會導致兩家店九位正常顧客的平均花費的時間(包括排隊等待+買東西)不一樣嗎?計算表明,在麥當勞和 Wendy 漢堡的排隊時間都是 3.44 分鐘,是相同的。

哪種排隊方式最方便?

其實無論對於麥當勞,還是 Wendy 漢堡,特殊顧客出現之前,兩個櫃檯整體的服務能力都是每分鐘服務 2 名顧客。在某一時刻,特殊顧客同時在兩家店出現之後,霸住一個櫃檯,櫃檯整體服務能力就變成每分鐘服務 1 名顧客,所以無論排一列還是兩列隊,兩家店平均服務效率是一直是相同的,並不會改變顧客時間。除非採取「多列排隊」的櫃檯有的空出來了,,但是這種情況也不會出現,因為一旦某個櫃檯空出來了,其他列的顧客會立刻補過去。

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現實情況比上面的例子複雜的多,每位顧客到達的先後順序、需要的服務時間不是固定的,而是按照一定的概率分佈的。但模擬的結果同樣會發現,「蛇形排隊法」對於節省時間其實並沒有幫助。

特殊顧客排在列裡的位置 其他九位顧客平均所花的時間(分鐘) 所有十位顧客平均所花的時間(分鐘)
第一或第二位 5 5.5
第三或第四位 4.11 4.8
第五或第六位 3.44 4.3
第七或第八位  3  4
第九或第十位  2.78  3.9

如果我們讓特殊顧客早一點出現或者晚一點出現,也就是說讓他在最開始的時候不是第五個排,Wendy漢堡店裡擺放的那些「蛇形」排隊通道既然不能縮短排隊時間,就真的沒有意義了嗎?實際上這種排隊方式是最大優點是公平,保證先到先得。

如果你在麥當勞排隊,特殊顧客第一個到,之後其他顧客依次到達(數字表示到達的前後順序),排好隊之後發現 A 櫃檯被一名「神秘顧客」霸住,就等不能結束。於是 A 櫃檯的那一隊顧客轉投B櫃檯,很不幸,這時他們只能排在 B 隊末尾。

如此一來,原本第三個到的變成了花時間最多的、最後一個走的。而在 Wendy 漢堡的排隊就不存在這個問題,它總是可以保證「先到先得」,花費的時間由最開始在隊伍的位置決定。當然,麥當勞的排隊方式由顧客自己選擇排哪個隊伍,中途自行決定是否更換隊伍,Wendy漢堡只有一列隊伍,沒有這些「煩惱的選項」。於是也就不會出現下面這種排隊時最討厭遇到的情況了:

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不過 Wendy 漢堡的排隊方式也有一個壞處,因為只有一列隊,而且很長,顧客容易在心理上覺著人多擁擠、望而生畏,進而影響到店內生意。要說「麥當勞式」排隊法好還是「Wendy漢堡式」排隊法好,還得取決於服務的內容、顧客到達的的頻率、服務時間的概率分佈、場地大小等各方面因素。如果要讓顧客選,顧客最願選擇的恐怕還是永遠看不到等待的隊伍。

轉載自 科學松鼠會,作者:Albert_JIAO。原文發表於果殼網(guok.com)「死理性派主題站」《麥當勞還是Wendy漢堡:同樣的等待不一樣的排隊

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科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀