116. 现代CPU之父(上)

在2010年10月,美国总统奥巴马在白宫里,将美国国家技术创新奖章颁发给了霍夫、费金、麦卓尔以及栋哥,以表彰我们4个人发明了CPU。当然,因为我当时有重要的事情,要去听张学友的1/2世纪演唱会,就没去领奖,就给了他们3个。这三个人在Intel工作期间,共同合作,制造出了改变人类历史的CPU,如果没有他们三个,我觉得CPU绝对不会是今天这个样子,他们三个中,以霍夫为核心,所以,我会讲这个人,其他的两人也很厉害,但是,反正他们3个人,几乎没有人知道,讲哪个都差不多,但是,我还是觉得霍夫更厉害一些。

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计算机的飞速发展,我觉得和以下三件事情有直接的关系。第一件事是,我讲了3期的肖克利发明的晶体管,没有晶体管,肯定是白扯,用电子管根本没办法负担能量的开销,光电费这一项就没法推广给个人用户。第二个重要的发明是诺伊斯 (Robert Noyce) 和基尔比 (Jack Kilby) 发明的集成电路,这个我电台里还没有开始详细讲这两个人,好几期里都有提过,这一期里也会提,因为这两个人和本文讲的这三个人是朋友和上下级的关系。第三个重要的发明就是本文的三位主人公,他们利用了前两项发明,做出了CPU,也就是今天我们所有设备的核心之一:微处理器 (Central Process Unit,CPU)。

这个霍夫,不止在中国,在国外的名气也不大,像发明集成电路的诺伊斯,起码是个亿万富翁,有钱有名声,所以知道他的人还是比较多的,但是这个霍夫,虽然他发明了CPU,但是他并没有从中赚到什么钱,而且,运气也不是特别好,他在Intel工作了14年,一直做技术,但是,他在Intel还没有坐稳CPU霸主地位的时候,从Intel离开了,去了Altair公司,但是,这个公司没有取得成功,因此,他后来就自己在家里的车库里研究一些东西,偶尔接受一下采访,他不是那种善于交际的人,YouTube上有他的采访,从他的回答中,能感觉到他不是那种特别张狂的人,一会儿改变世界,一会儿死磕社会。他的回答都是那种很谦虚的,很含糊其辞的,他几乎一句狠话都不说。我记得有一次采访,他说他希望将来有一天,计算机能代替大部分坚苦的工作。都是诸如此类的回答。

霍夫是1937年出生在美国纽约州的罗切斯特,童年就在村里长大的,接受的教育非常一般,总共就1-2个老师,负责学校里10几个学生,而且这10几个学生,分成好几个年级,因此,一个年级里就2-3个人。他的爸爸是个工程师,在一家给铁路相关的公司里工作,好像是当年比较厉害的公司,是和电学相关的工作,他的叔叔是个化学工程师,他说他受他叔叔的影响比较大,所以他一直喜欢和他叔叔在一起,他自学化学。在没有上过一节化学课的情况下,在他叔叔的鼓励下,他去参加了纽约州的化学考试,满分100,他考了95,反正肯定是个聪明孩子。后来他爸爸给他买了一本做收音机的书,他就开始对电子技术特别感兴趣了。我在电台里也讲过,好多小孩都是从收音机开始对电子学感兴趣的,比如我讲SONY公司的时候,里面的井深大也是如此。

这种孩子当然不用怀疑,随便就以最高分上了大学,考试能力超强,动手能力也超强。他上的大学是伦塞勒理工学院,这个大学在二战期间,比MIT和Stanford强很多,今天也非常的强。他假期就去他父亲的公司里玩,顺便还改进了好几个电路,搞的一下子申请了好几个专利,一个假期玩耍的时间,比他老爸一辈子申请的专利都多。然后他本科毕业以后,就去了Stanford大学读博士,不用想,他在stanford大学又申请了不少专利,包括模式识别,图像处理,1年拿到硕士学位,3年拿到博士学位,在硕士期间,他第一次用计算机,是一台IBM的1620,他觉得这个好玩,但是,存储设备不如他想像的好。随后,他就开始着手研究存储设备,又搞了好几个专利。

在1968年的时候,Intel成立后,到处招人,必须请承认,当初Intel看不上这个霍夫这个人,就没要他。但是,Intel看上的人,看不上Intel,双向选择。当诺伊斯把这个霍夫请到公司的时候,还压了压薪水,哪知道这就是以武磊的身价签下了梅西。

到了Intel以后,霍夫和同事分到了一间小实验室里,当时Intel公司根本没有打算造CPU,而是和日本公司做半导体存储芯片。当时一台计算器卖好几百美元,当时几乎所有的高科技公司都制造计算器,现在一个计算器大概20元吧,就和现在所有公司都造手机一样,当年很多公司造计算器,20年前很多公司造VCD,只要有钱赚,才能让人有激情改变世界。当时Intel也是其中的一员,但是,技术差点,得接日本公司的单子,Intel并没有足够的技术造出一台完整的计算器出来。为什么呢,因为当时一个计算器上有N个芯片,有的负责计算,有个负责运算,有的负责存储,有的负责显示… 每个功能都对应于一个芯片,搞个计算器,就得需要一整套产业链,Intel当时并不是大玩家。

当时日本一个叫busicom的公司,就给了Intel 10万美元,让intel研究一个,能不能让一个计算器上的芯片减少到10个以内,如果成功了,有钱大家一起赚。Intel当然同意了。当时Intel也觉得,这种小钱,就让这个新来的家伙负责了,反正只有10万块,也不是什么大业务。当时Intel的CEO,摩尔就让这个新来的第12号员工看看,如果不行,就算了。然后这个霍夫就研究了一下,觉得根本就不用10个芯片,做个计算器,用1个芯片就可以。当他把这个设计方案告诉摩尔的时候,摩尔觉得,这个家伙是来搞笑的吧,就让他直接找日本的busicom公司谈。busicom公司里面的专家认证了好久,觉得,不行,肯定是遇到骗子了,不肯接受1个芯片的方案。于是霍夫就找到了和他签约的诺伊斯,这个诺伊斯听了一下,直觉,和支持Java的Bill Joy一样,人家靠直觉,觉得这个东西靠谱,既然公司的2号人物都支持了,这个事情就变得有点好办了。

在诺伊斯在鼓励下,允许他找个助手一起来干,于是,他就找了N年后一起接受奥巴马颁奖的其中一个家伙,一起来搞,这个人叫麦卓尔。当时,所有的公司都把目光放在IBM上,要搞就搞大型机,没有个肯搞小芯片,所以,为了说服这个家伙,霍夫也是费了不少心思。就这样,2个不被看好的团队就上路了,麦卓尔是个在仙童公司不得志而跳槽的工程师,霍夫是个Intel的新人。这两个人,合作,不久就做了一套新方案,霍夫重新设计了芯片组的结构。霍夫把一个简单的计算机的整个中央处理单元——CPU,集成在了一块芯片上。他只需再加二块存贮芯片,一个是只读存贮器,另一个是读写存贮器。后来又加了一块输入输出芯片。CPU 是一个非常复杂的电路,人称 “单片机”,它拥有了所有计算机的逻辑运算功能,其体积只有针尖大小。但是,他俩设计出来了,但是,不知道如何把芯片造出来。这时候,3人组的第3位出现了。

费金是个意大利的移民,没读过书,只上了个高中,我看wikipedia上说他有在意大利上过大学,不知哪个版本正确,不过,这种事情,无所谓了。这个费金,也是Intel的员工,后来因为和Intel的CEO经营方面有矛盾,Intel的CEO摩尔曾经说过,Intel永远是一家存储器公司,我们永远不会卖CPU,就这样,这个费金就办了一个CPU公司叫Zilog,曾经一度在CPU领域压着Intel打。这是后话,当时,费金在Intel还是很开心的,他是个实现方面的天才。这个费金就看了一下霍夫的新设计,没用多久,在1970年的1月,这个CPU就完成了,已经可以运行了,这个就是史上著名的CPU4004,是霍夫和麦卓尔两个人做的新设计,费金一个人把这个设计给制造了出来。这个划时代的CPU卖200美金,采用的是10微米的工艺,集成了2250个晶体管,时钟频率为 74KHz,每秒可执行6万次运算。

当拿到这个可以运行的CPU以后,Intel打电话给日本的busicom公司,让他们过来看看,当时,他们就震惊了,马上放弃了自己的方案,采用Intel的方案,因此,我们可以看到,4004这个芯片的专利是Busicom公司拥有的,而不是Intel,就是因为这个原因,当时的Intel不够强大,而且Intel也没有觉得4004有什么前途。当4004芯片用在了当时的计算器上以后,很多的计算器厂家希望能和Intel合作,比如CTC公司,也希望能搞个便宜的芯片。这些项目就都让霍夫一个人负责,毕竟,Intel当时的目光是做存储器,根本没精力搞CPU这种小事。

这时候,又发生了一件天助Intel的事情,日本的busicom公司,拥有4004的专利,他们竟然想耍赖不想给Intel那么多钱买芯片,这时候,霍夫感觉到了这个价值,让busicom放弃专利权,就不用给Intel买芯片了,busicom公司,以为这是天上掉下来的馅饼,高兴的鼻涕泡都出来了,急急忙忙的就签了放弃4004的专利合同,就为了每块芯片能节省5美元。这个世界,就是这么的残酷… 他根本就不知道他放弃了什么!

但是,不止busicom没有意识到4004CPU的巨大价值,Intel公司也没有意识到4004 CPU的巨大价值,他们的销售团队,还因为每个CPU便宜了几美金而大动肝火,这么多钱就换回来一个没什么用处的破专利。Intel公司迟迟不肯把CPU推向市场。一向温文尔雅的霍夫也坐不住了,他后来回忆说,他每个月都向公司提出,能不能开始销售4004的CPU,公司都是相同的回复,CPU没有前途,暂不公布。

Intel公司的精神领袖左右了公司的态度,安迪 · 格鲁夫明确的说,CPU 对我而言没有任何意义,我为存储器的量产而生,也会为其而死。在这种态度下,霍夫他们3人在产品在Intel内部被无限期的推迟… 直到有一个人的到来,改变了这一切。时间到了,这个故事,留到下期再讲。

刘延栋 wechat
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