
Hoff认为,为一个计算器设计12个定制芯片是疯狂的,所以他当初创造了英特尔4004微处理器
晨光还没有照到硅谷的丘陵地带,特德·霍夫(Ted Hoff)已经在电子零件上忙得不可开交,他正在一堆堆积满灰尘的电路板中捣鼓着。这是美国山麓学院(Foothill College)每月一次的跳蚤市场,他很少错过。
Ted·Hoff是电子行业传奇的一部分。当时他是英特尔公司(Intel Corp.)的一名研究经理,公司总部设在山景城。他意识到,硅技术已经发展到了这样一个地步,只要精心设计,一个完整的中央处理器就可以装在一个芯片上。他与Stanley Mazor和Federico Faggin合作,创造了第一个商用微处理器Intel 4004。这篇文章最初以“Marcian E Hoff”的名字发表在1994年2月的IEEE Spectrum上。
但对Hoff来说,微处理器只是他长期迷恋电子产品过程中的一个亮点。他对这一领域的热情让他从纽约市的二手电子商店到精英大学实验室,经历了微处理器革命的最初几年和视频游戏行业的动荡,最终到了他今天的工作——高科技私人侦探(high-tech private eye)。
在童年的早期,Hoff就发现让自己不那么像个孩子,而且更有力的最好方法是“理解事物是如何运作的”。他从化学开始他的探索。12岁时,他转向了电子行业,用从联合电台目录中订购的零件、一套短波无线电设备,以及从他父亲的雇主纽约罗切斯特通用铁路信号公司的垃圾中回收的多余继电器和电机来制作东西。然后在高中,他主要用二手元件工作,制造了一个示波器,这一成就使他在通用铁路信号公司成为一名技术员。
Hoff在纽约特洛伊的伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute)攻读本科,在课间休息时回到了工作岗位。有几个夏天初,Hoff进入通用铁路实验室(General Railway laboratory),当发现研究人员最好的两个示波器都坏了,就会修理最先进的Tektronix 545s。然后,他转向了更有趣的东西,比如发明一种音频铁路列车跟踪电路和一种防雷装置,在十几岁之前就获得了两项专利。
Hoff回忆说,这份工作最大的好处是让他有机会接触到超出20世纪50年代大多数工科学生预算的部件——比如晶体管,甚至是刚刚推出的功率晶体管。他写了一篇关于用作开关的晶体管的本科论文,并很快将因此获得的奖金花在了自己的希斯基特(Heathkit)望远镜上。
早期神经网络
Hoff喜欢伦斯勒的工程课程,但不喜欢学院本身狭隘的侧重点。他想拓宽自己的视野,无论是在智力上还是在地理上(他从未到过尼亚加拉瀑布以西几英里以外的地方),所以选择了加利福尼亚的斯坦福大学成为研究生。在那里攻读博士学位期间,他研究了适应性系统,也就是今天的神经网络(neural networks),并与论文导师伯纳德·维德罗(Bernard Widrow)一起又获得了两项专利。
他在英特尔的同事马佐尔(Mazor)现在是位于加州山景城的新思科技公司(Synopsys)的培训经理,他回忆起在斯坦福大学实验室与Hoff的会面时说,“他让一辆玩具火车在电脑控制下来回移动,平衡一把扫帚。我认为他是一个古怪的发明家,一个疯狂的科学家。”
获得学位后,Hoff在斯坦福大学做了六年博士后研究员,继续从事神经网络方面的工作。首先,他的小组通过使用一种电阻随电流大小和方向而变化的装置来训练网络。这由一根铅笔芯和一根放在硫酸铜和硫酸溶液中的铜线组成,他们称之为记忆晶体管。
这个小组很快获得了一台IBM 1620计算机,Hoff有了他第一次编程的经验——也有了对抗系统的经验。他不得不与校园计算机中心的官员打交道,这些官员认为所有的计算机都应该放在一个地方,由处理研究人员送来的成箱穿孔卡片的专家来管理。他们对研究人员应该交互式地给计算机系统编程的想法深恶痛绝。
Hoff告诉IEEE Spectrum说,“在我们所有的微处理器工作中,有一个结果一直让我很高兴,那就是我们让计算机远离了那些人。”
到1968年,学生在越南战争问题上对政府的敌意与日俱增,像Hoff一样依赖政府资助的校园研究人员的生活似乎变得不舒服了。当Hoff接到罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)打来的电话时,他已经在考虑工业型工作的可能性,电话中说他正在创办一家新公司——英特尔公司(Intel Corp.),并听说Hoff可能对一份工作感兴趣。他问Hoff,半导体集成电路业务将在哪里找到下一个增长点。“存储器,”Hoff回答道。
这就是Noyce心中的答案(英特尔是作为内存制造商推出的),那一年,他聘请Hoff作为技术人员,英特尔的第12名员工。在研究存储技术的过程中,Hoff很快就获得了一项用于MOS随机存取集成电路存储器单元的专利。在成为应用研究经理后,他有了职业生涯中的第一次客户接触。
“工程人员往往对营销有一种非常傲慢的态度,”Hoff说,“但我发现,如果你在这个领域睁大眼睛、竖起耳朵,你会学到很多东西。试图理解人们试图解决什么问题是很有帮助的。实验室里没有这种联系的人在工作中处于劣势。”
从12个芯片到一个微处理器
Hoff联系的一组客户来自东京的Busicom公司。Busicom聘请英特尔公司为低成本计算器开发一套定制芯片,并派了三名工程师到圣克拉拉从事芯片设计工作。Hoff被指派照看他们,给他们拿铅笔和纸,带他们去餐厅——一点都不专业。
但是Hoff头脑中的技术部分没有关闭开关,他很快断定工程师们走错了方向。12个芯片,每个都有3000多个晶体管和36根导线,用于处理计算器逻辑和控制的不同元素,他推测仅包装成本就超过了计算器的目标零售价。与他目前在另一个项目中使用的PDP-8小型计算机的简单性相比,Hoff对这个微型计算器的复杂性感到震惊,他得出结论,可以用大约1900个晶体管设计一个可以处理计算器功能的简单计算机。他认为,鉴于英特尔先进的MOS工艺,所有这些都可以集成在一个芯片上。
Busicom的工程师们没有兴趣放弃他们的设计来支持Hoff未经证实的提议。但是在Noyce的支持下,Hoff开始着手这个项目。不久,时任英特尔研究工程师的Mazor加入了他的团队,两人继续研究Hoff的想法,开发了一个可以用大约2000个晶体管实现的简单指令集。他们表明,一套指令可以处理十进制加法、扫描键盘、保持显示,并执行其他功能,这些功能在Busicom设计中被分配给不同的芯片。
1969年10月,Hoff、Mazor和三名日本工程师会见了来自日本的Busicom管理层,并描述了他们不同的方法。Hoff说,Busicom的经理们选择了Hoff的方法,部分原因是他们明白芯片可以有除计算器之外的各种应用。该项目被赋予了内部绰号“4004”。
现任加州圣何塞Synaptics公司总裁兼首席执行官的费德里科·法金(Federico Faggin)被指派设计这种芯片,并在9个月内完成了4位、2300个晶体管的“片上微程序计算机”的工作原型。Busicom在1971年2月收到了第一批设备。
Faggin回忆说,当他开始实施微处理器时,Hoff似乎对这个项目失去了兴趣,很少与他互动。Hoff已经在着手他的下一个项目,为得克萨斯州圣安东尼奥的计算机终端公司初步设计一台8位微程序计算机,由计算机终端公司设计,命名为8008。Faggin告诉Spectrum说,Hoff总是“不得不做非常前沿的工作。我能看出他有一种总是站在发生的事情的最前沿的紧张情绪。”
Mazor回忆说,在英特尔的早期,Hoff有许多项目想法,其中许多虽然没有在商业上获得成功,但被证明是有先见之明的,像数码相机一样捕捉内存中图像的RAM芯片,移动宇宙飞船的视频游戏,用于编程可擦除可编程只读存储器的器件,以及用于逻辑模拟的计算机辅助设计工具。
与此同时,微处理器革命正在加速,尽管速度缓慢。Hoff作为微处理器的传播者加入了Faggin团队,其工作是试图让人们相信通用单芯片计算机是有意义的。Hoff说,他最艰难的一次销售是卖给英特尔市场部。
“他们相当反对这个想法,”他回忆道,原因有几个。首先,他们觉得英特尔能制造的所有芯片都会在几年内流向一家公司,因此向其他公司推销这些芯片没有什么意义。第二,他们告诉Hoff,“我们有二极管推销员在那里拼命推销存储器,而你要他们去卖电脑?你疯了。最后,他们估计一年的总销量可能只有2000片。
但是消息还是传出去了。1971年5月,Datamation杂志上的一篇文章提到了这款产品,接下来的11月,英特尔为4004 CPU制作了第一个广告,并将其刊登在《电子新闻》上。到1972年,关于被称为微处理器的奇迹的故事开始经常出现在报纸上,英特尔的竞争对手也紧随其后,推出了他们自己的微处理器产品。
Hoff当时没有采取的一个步骤是申请专利,尽管他已经成功地为几项发明申请了专利。后来,他与Mazor、Faggin一起申请并获得了“多芯片数字计算机存储系统”的专利。
回顾过去,Hoff回忆说,在那些日子里,他甚至从未考虑过为微处理器申请专利。对他来说,这项发明似乎是显而易见的,显而易见性被认为是拒绝专利申请的理由(尽管Hoff痛苦地说,专利局目前似乎忽略了这条规则)。对Hoff来说,显而易见的是,如果在一年之内可以在100个芯片上制造出1000个电路的计算机,而在下一年,这1000个电路可以放在10个芯片上,那么最终这1000个电路就可以在一个芯片上制造出来。
虽然没有申请专利,Hoff却于1970年3月在《1970年IEEE国际会议》上发表了一篇文章,该文章指出:“MOS技术的巨大电路复杂性使得设计非常小的计算机的全新方法成为可能。每个芯片上有1000到6000个MOS器件,整个中央处理器可以制作在一个芯片上。”
但1970年12月,一个独立发明家Gilbert Hyatt申请了一项处理器专利,并提到它将在单个芯片上制造。1990年,经过无数次上诉和延期,Hyatt获得了专利,并开始向许多微处理器制造商收取专利使用费。目前,尽管历史将今天的微处理器追溯到Hoff、Mazor和Faggin,但这项发明的合法权利属于Hyat。
Codec的发明
虽然微处理器被证明是他最著名的成就,Hoff并不认为这是他最大的技术突破。他为单片模数/数模编码器/解码器(Codec,编解码器)保留了这一名称。
“现在,这项工作是一项令人兴奋的技术挑战,”Hoff有些兴奋地回忆道,“因为有太多的人说它不可能完成。”
Noyce启动了这个项目,他发现电话行业采用新技术的时机已经成熟,并敦促Hoff为这个市场寻找一种重要的产品。在研究电话通信时,Hoff和其他几名研究人员发现,当时在中央局之间使用的数字化语音传输依赖于使用复杂昂贵的编解码器,这些编解码器与机电开关相连。
“我们认为,”Hoff告诉Spectrum,“我们可以在一个芯片上集成这种模数转换,然后使用这些电路作为开关的基础。”除了降低电话公司的系统成本之外,这种芯片还能使公司建立小型的电子交换分机。
Hoff和他的团队开发了一种多路转换方法,发射和接收通道共用一个转换器。他们还建立了许多其他转换和解码技术,Hoff认为这些技术并不明显,并因此获得了专利。
经过六年的努力,该项目于1980年完成,并转移到英特尔在亚利桑那州钱德勒的制造工厂,Hoff成为英特尔研究员,可以自由地追求他感兴趣的任何技术。让他感兴趣的是回到他在适应性结构方面的工作,将他在斯坦福大学绞尽脑汁的概念与微处理器在语音识别服务中的能力结合起来。一年后,他建立了一个让英特尔在市场上销售了几年的识别系统。
该系统的主要客户是汽车行业。它的检查员使用该系统帮助他们检查最终离开装配线的汽车。当检查员大声指出需要解决的各种问题时,系统会提示他提供进一步的信息,并将他的回答记录在计算机中。
从英特尔到Atari
尽管他的英特尔研究员职位给了Hoff相当大的自由,但他发现自己变得厌倦了。1983年,英特尔在微处理器领域的成功使其成为芯片供应商,其他公司也将芯片设计成系统。
“我一直对系统比对芯片更感兴趣,”Hoff说,“我在英特尔工作了14年,而当时在硅谷一家公司的平均停留时间是3年。我早该搬家了。”
同样,当一份新工作来到他面前时,Hoff还没有考虑离开英特尔。加州桑尼维尔的雅达利公司(Atari Inc),当时是华纳通信公司(Warner Communications Inc.)旗下的一家蓬勃发展的视频游戏公司,也是微处理器的主要用户,当时该公司正在招聘一名企业技术副总裁。1983年2月,在讨论了Atari研究人员正在研究的想法的范围后,Hoff抓住了这个机会。
英特尔从一开始就有一个结构化的、高度受控的文化,但雅达利一片混乱。Hoff领导下的研究实验室位于洛杉矶的桑尼维尔和加州的格拉斯山谷,研究人员正在研究可视电话、慢跑者的电子辅助设备、提供触觉反馈的计算机控制、类似于今天的虚拟现实的图形环境、数字声音合成、高级个人计算机,以及通过FM边带分发软件。
但是,Hoff几乎没有时间了解所有正在进行的研究项目,视频游戏业务就出现了众所周知的暴跌。没有可靠的内部控制,Atari无法确定其游戏在零售点的销售情况,分销商退回了成千上万的盒式磁带和游戏机。Hoff开始每月收到裁员的命令。
“如果我知道我必须削减到,比如说,我的团队规模的四分之一,这是一回事,”他告诉Spectrum。“但当你发现每个月都必须再削减一大块时,士气真的会下降。”
1984年7月,当Hoff参加他的30岁高中同学会时,华纳把Atari卖给了Jack Tramiel。然后,Hoff必须做出选择,要么说服Tramiel,让他在一家对资助未来研究不感兴趣的狭隘公司中扮演一个角色,要么允许华纳买断他的合同。他选择了后者。
回想起来,当年在Atari的大多数人现在都不看好他们。但是Hoff回忆说他在那里的一年是一段愉快而最终有用的经历。他说,“也许我是性情中人,但它对我来说是一个很好的转变,我现在的生活非常好。”
他现在一半时间做顾问,一半时间从事自己设计的技术项目——用于机床的读出设备、各种类型的帧抓取器、模式识别和模数转换技术。这个多样化的时间表对他来说再合适不过了。他一直觉得自己是个多面手,很难专注于一项技术。
Hoff说,他很容易分心。“每当你解决一个问题时,总会有另一个问题看起来更有趣。但现在更有可能是我自己的项目被推迟,而不是对其他人及其就业至关重要的事情。”
Hoff对这种独立作品感兴趣,Faggin并不感到意外。“他从来都不是合群的类型。他喜欢内向的工作,喜欢思考,喜欢发现新事物。那是他擅长的,他几乎当场就能想象出新IC的架构,这让我印象深刻。”
脚踏实地的发明家
如今Hoff所在的咨询公司Teklicon Inc.的总裁兼首席执行官Gary Summers说:“他提出了一个又一个想法,一个又一个情况。我认为,如果他愿意坐下来,一个月就能搞出一项专利。”
Hoff离开Atari之后的第一个项目是声控音乐合成器,当有人对着它唱歌时,它会发出选定乐器的声音。Hoff对这个项目最大的贡献是建立了一个系统,确保新出现的音符合拍,或者至少是曲调的和声补充,即使歌手走调了。他为这个系统获得了另一项专利,这个小工具通过Sharper Image目录短暂出售,但从未获得巨大成功。
Hoff仍然偶尔参与产品设计。然而,在Teklicon,他是副总裁兼首席技术官,他的大部分咨询都是为律师做的。Hoff拥有电子设计的长期经验和长期习惯,他的家庭工作室包括大约8台不同品牌和年份的个人电脑,5台示波器,包括一台老式Tektronix 545示波器,15000个已经清点和归档的IC,书架上摆满了可以追溯到20世纪60年代的IC数据书。
当一个律师给他看一个专利公开,即使是十年前的,他可以确定它是否可以“付诸实践”,以及它是否提供了足够的信息允许“本领域普通技术人员”实施该发明。然后,他可以用他收藏的古董部件建造一个模型来证明他的结论,并作为专家证人在法庭上演示这个模型。这种建模可以变得非常基础。在Spectrum的访问中,Hoff试图为最近的法庭演示培养的Rochelle盐晶体散落在他的车间地板上,旁边是他用来为模型制作外壳的金属加工设备。
Hoff认为这种脚踏实地的能力是他的优势之一。他说,“我把事情和基本原则联系起来,不质疑解决问题时所做假设的人往往最终会解决错误的问题。”
Mazor说:“如果我的洗衣机坏了,我就打电话给修理工。大多数聪明的工程师会购买替换齿轮并安装它。泰德有能力首先分析齿轮故障的原因,从基本原理重新设计一个更好的齿轮,用木头雕刻,在家里铸造,在安装前在他的车床上动态平衡。”
从事法律侦探工作吸引Hoff的另一个原因是:这给了他一个在跳蚤市场和电子商店搜寻有趣“古董”部件的借口。
Hoff不能讨论他参与的专利案件的细节,最近有几个在视频游戏领域,其他的涉及各种集成电路公司。在许多情况下,Hoff自信自己是对的,而最终自己还是输了,所以当微处理器专利被授予Hyatt时,他并不感到意外。不过获奖后,他确实坐下来研究了Hyatt的专利申请,并试图根据Hyatt的披露设计出一种可工作的微处理器。他发现了几个不一致的地方——比如一个时钟频率只适合双极技术,其逻辑只能在MOS技术中呈现,而逻辑需要太多的晶体管才能放在一个芯片上,这在他看来证明了该奖项是不正确的。
Hoff告诉Spectrum,“看到别人因为微处理器而获得荣誉,特别是在最近的媒体报道中,这是令人愤怒的,但我不会让它困扰我,因为我知道我做了什么,我知道我们项目中所有其他人都做了什么,我知道英特尔是一家什么样的公司,我也知道我在我该在的地方。”
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