微处理器之父 特德·霍夫

Author: Date: 1999年 第12期 04版

#1    一
    计算机产业的腾飞借助于三项最重要的发明,一项是贝尔实验室肖克利等三人发明的晶体管,一项是诺宜斯和卡尔比发明的集成电路,另一项则是特德·霍夫(Ted Hoff)1971年发明的微处理器。与前两项产品的发明者不同,霍夫既没有享受到巨大的财富,也没有因此获得什么特别的荣耀,迄今这位发明人还未得到公众的充分认识。但是霍夫的发明如此重要,使他可以无愧地跻身于20世纪最伟大的科学家之列。(^120401a^)
    对于自己的成就,霍夫一向保持着低姿态。因为一种不为公众所瞩目的形象更有助于他继续从事新产品的开发。当他在叙述发明微处理器过程的细节时,就像是一名学生在向老师汇报他刚刚结束的暑假活动。但这种谦逊的态度并不能改变这项发明的意义。
    著名的《经济学家》杂志将霍夫称作是“第二次大战以来最有影响的7位科学家之一”。1978年,他被提升为英特尔研究员(至今一共只有两个人获得过类似的称号)。这意味着,他在研究方面具有很大的自主权。他主要研究多种开创性的技术问题,他喜欢这类具有挑战性的工作。在完成微处理器之后,他又着手研制一种语言识别装置,可复制人类的语言,它是以英特尔“2920型”为基础的。霍夫和他的两位同事获得了“2920型”的专利,这是霍夫的第14项专利。霍夫认为自己占了天时和地利之便:“如果我们没有在1971年发明4004微处理器,那么别的什么人也会在一两年里发明它。”
    1982年底,霍夫宣布他将离开自己工作了14年的英特尔,这震动了整个IT业。他说他需要变换一下工作环境。他接受了硅谷另一家公司阿塔里(Atari)的聘请,担任公司副总裁,负责研发。因为Atari有志将计算机推向家庭,而消费市场则正是霍夫最感兴趣的领域。但这步棋没走好,1984年7月,也就是他加入18个月后,该公司就被卖掉了。霍夫便开始从事一些独立的咨询和研究工作。他将加州森尼韦尔家中的车库改装成实验室。他说在车库里就可以建成几乎任何想建成的东西。
#1    二
    1937年10月28日,霍夫出生于纽约州的罗切斯特。他在市郊的北奇利村附近长大。他的启蒙教育始于只有一间教室的乡村学校,一名教师要分别教7个年级的13名学生。父亲在通用铁路信号公司工作,是电气工程师,也是使他从小对电学产生兴趣的启蒙人。霍夫的叔叔是位化学工程师,他送给年轻的霍夫一套化学实验设备,并给他订了《大众科学》杂志,使霍夫在孩提时代就对科学产生兴趣。他曾有一本《联合收音机目录》,爱不释手,从此开始学习电子学。上中学时,更对这门课情有独钟。
    1954年,霍夫进入纽约州特洛伊的伦塞勒综合工学院攻读电子工程。大学期间每年暑假都到通用铁路信号公司的电子实验室做技师。对电子磁道电路的部分设计提出了多项改进意见,所以他的名字也登上了两项专利证书。1958年,他以获奖论文“晶体管中的电流转换方式”获得学士学位。他久闻F·特曼教授的大名,因此报考了斯坦福大学,在这里获得了电子工程硕士和博士学位,同时又获得了两项专利。
    读本科时,霍夫很少接触计算机,只选修过一门计算机课程。在斯坦福大学期间,他对模式识别和图像处理最感兴趣。因此毕业后作为副研究员留在斯坦福大学,又与论文导师一起获得了一些专利。
    在从事十年学术研究后,霍夫创业欲望开始蠢蠢欲动。“我需要就某种具有潜在经济价值的思想进行开发工作。在这种时候,最大的捧场莫过于别人为你的这个打算出钱。”1968年,英特尔刚刚成立,正在搜罗研发人员。斯坦福大学的人竭力推荐霍夫,但英特尔首先看上了IBM的一位工程师。这位仁兄留恋纽约州,不愿西行。后来他们又想聘请仙童的一位工程师,但人家也谢绝了。诺宜斯这才拿起电话,将这位公司的未来吉星请进大门。
#1    三
    霍夫负责英特尔研发工作,在一间很小的实验室工作,还和另一位同事合用。房间堆着联碳公司的一盒盒元件,又占去了一半空间。当时公司研究重点是半导体存储芯片。1969年6月20日,日本商事公司的一组工程人员从东京到硅谷,来见霍夫。他们想让英特尔设计一些特殊的芯片,用于计划中的合成计算器。不巧,霍夫去太平洋的塔布堤岛度假了。
    休假归来,日本的工程师们还在等着他,日本人提出了一套六种极其复杂的芯片设计方案。这种设计对当时的英特尔来说太复杂了。
    霍夫书桌旁是一台DEC的PDP-8型小型机。过去他曾设想把一台计算机放在一个芯片上,如今这个想法又浮现出来:“我凝视着PDP-8型计算机,凝视着商事的设计方案。我纳闷,他们这种计算器为什么要搞得这么复杂?”霍夫的灵感来了,他设计出世界上第一个微处理器,把CPU的所有功能集成在一个芯片上,把两个存储芯片附加上去,一个存储数据,另一个装有驱动CPU的程序。这样不但使计算器变得简单,而且成本也大为降低,但商事公司对这一设想不以为然:“离远点,别打扰我们。我们知道自己在做什么。”
    在这件事上,诺宜斯坚决支持霍夫。几年前,诺宜斯就曾预见微处理器的可能性。在六十年代末的一次会议上,他曾预言将会诞生一种装在一个芯片上的计算机。当时一位持不同观点的人说:“天哪!我肯定不希望我的那台计算机会丢失在地板的一个小洞里。”诺宜斯笑道:“你完全搞错了。因为你的书桌上有一百多个计算机呢,丢掉一个算什么。”
    当时业内普遍认为设计大型机才是大有可为的领域。然而,霍夫另辟蹊径,他说服了刚从仙童公司跳槽的斯坦·麦卓尔与他合作,共同研制。“真正的关键不一定是组件的数目,而在于组织、结构概念。你拿来一台通用计算机,并把它造在一个芯片系统上。”霍夫的突破就是对芯片组结构的设计,芯片本身由公司另一位工程师费金制作。
    1969年10月,霍夫的微处理器与商事的方案一同送到公司总部。霍夫尽力为他的作品进行辩护。商事的经理被说服了,双方签署合同,规定由商事独家享用霍夫设计的这种微处理器。霍夫设计的结构由费金在硅片上实现。1970年春,他确定了芯片的大小和晶体管数目。1971年1月,第一个真正可以运转的微处理器出世了。定名为“4004型”。第一个“4”是指以4位为单位的设计思想,后一个“4”是指由英特尔制造的第4种专用芯片。
    这时,计算机终端公司也找上门来,也要为他们生产一种专用芯片。于是霍夫和麦卓尔设计了一种比4004型更强大的微处理器,称为“8008型”。这是第一个真正的微处理器。
#1    四
    1971年初,4004芯片送到商事公司,立即遭到拒绝。当时计算器市场大面积削价。这个一年前签订的合同现在看来太破费了,商事要求重新协定价格。霍夫听到这一消息,就对公司销售部的人说:“谢天谢地!你们要从商事那儿要回将‘4004型’卖给其他客户的权利。”为降低价格,商事同意放弃它对4004型芯片的独享权。
    但英特尔销售部并不认为微处理器是一种有销路的产品,他们认为不值得花代价生产和推销。因为此前4004没有公布于众,还没有什么市场需求,霍夫等人不断催促。“我们每个月都向他们提出这个要求,但他们每次商议的结果都是——暂不公布。”最后曾在TI任职的格尔·贝克出任销售部主任,态度才积极起来。
    1971年,英特尔终于在《电子新闻》上刊登了4004型芯片的广告:“一个集成电子新纪元的到来——能把一个微型程序控制计算机放进一块半导体芯片。”但电子行业对4004型反应谨慎。秋季Comdex上,一位顾客说英特尔胆大妄为,竟敢声称把一台计算机放进一个芯片上,麦卓尔给他看了芯片,他才很勉强地同意这玩意可以叫计算机。
    1972年中,霍夫和麦卓尔出差三周,巡回到一些公司举办讨论会。人们最常向他俩提的问题是:“如果坏了,你们怎么修理它。”人们无法想像计算机竟然也可以像电灯泡似的,用坏后一扔了之。还有的顾客冷言嘲讽:“你们怎样确保它是在工作呢?”
    的确,要让人们接受微处理器概念绝非易事。1972年,技术报刊才首先注意到它。1978年初,电子学杂志才开始登满了介绍这一奇迹的文章。越来越多的公司追随英特尔推出“纸老虎”产品,市场十分混乱。“人们习惯认为计算机是一种巨型而昂贵的装置,因此一定要保护它,看守它,小心对待它,高效率地使用它,才合算,才值得。”
    1972年3月,也即英特尔公布4004型后4个月,TI公司也推出8位的微处理器,两家公司产生了争执。最后,是英特尔获得了专利。但霍夫说:“我并不认为一旦为微处理器申请了专利后,就可以声称拥有了微处理器的一切。”
    霍夫等人继续加以改进。1973年8月,“8080型”问世。首次使用了MOS(金属氧化物半导体)工艺,8080成为有史以来最成功的微处理器之一,这也是第一个真正的通用微处理器,是20世纪最后25年里一项具有划时代意义的发明。公司销量扶摇直上,最初售价360美元。但批发价大约只需2.5美元,这也是真正推动微机市场的产品。这股热潮首先来自阿尔泰,后来的主角则是苹果。霍夫说:“我对微处理器在个人计算机中的应用也感到非常惊讶。我没有想到人们会仅仅为了业余的爱好而买微机,随着影像游艺机的发展,个人计算机成为人们又一种娱乐工具。任何一位发明家如果能够创造出什么来提供给人们娱乐,他就能获得成功。”1969年,霍夫研制第一种微处理器时,很难把程序员吸引到他的研究组来。因为大家都把精力集中到大型机上。但如今每天都有程序员迈进霍夫的房间,要为微处理器编程。
    霍夫也看清了这场革命的影响:“我们将处于一场革命之中,它将持续50~100年。今天的年轻人正在成长起来,他们对计算机不再感到害怕,他们将把计算机的使用范围进一步扩大。”