开启集成电子的新纪元 一位当年黑客聚会的参与者注意到,黑客豹风格带有“60年代无所顾忌的特点,他们 仇视现存事物,厌倦战争,主张无限制的自由,反抗任何形式的束缚”。黑客们欣然而又不 无歪曲地响应了约翰·肯尼迪在总体就职演说中的倡议:“别问你的国家能力你做什么。做 你自己的吧!” 追溯黑客对个人计算机革命的贡献,必须从微处理器(microprocessor)的历史谈起。 是微处理器使大规模的黑客活动成为可能。 1955年,晶体管的发明人之一威廉·肖克利回到故乡帕洛阿尔托(肖克利又是一位麻 省理工学院的博士),此举正中特曼下怀:他欲为硅谷网罗天下英才,有了肖克利这棵“梧 桐树”,何愁引不来成群的“凤凰”? 不久,肖克利成立了肖克利半导体实验室(shockley semiconductor),这是旧金山地 区第一家半导体公司。硅谷有了自己的伟大发明家。因仰慕“晶体管之父”的大名,追随者 纷至沓来,求职信如雪片般飞到肖克利的办公桌上。肖克利的公司很快聚集了一群当时世界 上一流的半导体专业人才,如罗伯特·诺伊斯和戈登·莫尔等8位美国东海岸的年轻科学 家。而在此之前,初创的半导体产业集中在马萨诸塞州的波士顿和纽约的长岛。 肖克利代表了战后新一代的科学企业家。晶体管被称作“本世纪最重要的发明”,肖克 利因此获得1956年度的诺贝尔奖,这是科学家的最高荣誉。但肖克利并不就此满足。晶体 管应用前景看好,但要制造出稳定性高的晶体管并不容易,肖克利希望通过批量生产能力与 技术,将这种创新科技转化为商品。他集科学家的敏锐与企业家的精明于一身,一心要成为 百万富翁。正是他一手开创了硅谷的企业家传统。但对他来说很不幸的是,他从东部招募来 的8位年轻电子工程师,都和他怀有同样的想法。1957年,这个“八人帮”离开肖克利, 另组仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor)。肖克利斥责8人为“叛徒”,当时的 人们也对其似乎是“背叛”的行为感到吃惊。但是,这种行为后来成了硅谷中未来公司发展 的模式,肖克利也改口把他们称为“8个天才的叛逆”。 仙童公司和“仙童们”(早些日子在仙童公司工作的人们)在硅谷此后数十年的发展 中,甚至产生了较肖克利更大的影响。由于诺伊斯发明了集成电路技术,可以将多个晶体管 集成在一块芯片上,仙童公司一开始就起步不凡,很快催生出一群公司。据说1969年在桑 尼威尔举行的一次半导体产业的关键会议上,400名出席者当中,只有24人未曾在仙童公 司工作过。70年代初,硅谷约有41家公司是由前仙童公司雇员建立的。 这其中最著名的莫过于英特尔公司(Intel)了。1968年,诺伊斯、莫尔与安迪·葛洛 夫决定脱离已无法大显身手的仙童,自行创业。他们从“集成电子”两个英文词中撷取开头 部分,组合成新公司的名字Intel,象征它将在集成电路市场上飞黄腾达。 英特尔公司华裔副总裁虞有澄博士后来回忆说,从英特尔。的命名,可以看出诺伊斯等 3人从一开始就打定主意要朝集成电路的方向发展。而他们之所以对集成电路的未来前途会 有坚定的信念,和著名的莫尔定律(Moore’s Law)有很大的关系。 1965年,莫尔观察到一件很有趣的现象:集成电路上可容纳的元件数量,每隔一年半 左右就会增长一倍,性能也提升一倍。他因而发表莫尔定律,并大胆预测未来这种增长仍将 持续下去。30多年来,集成电路果真循着这条轨迹成长,他们3人可以说是押对了宝。 英特尔依靠微处理器起家,但发明微处理器的功劳却应归于马西安·霍夫。伽同许多重 要的发明一样,微处理器的发明也是出于偶然。 1968年,应诺伊斯的邀请,斯坦福大学助理研究员霍夫加盟英特尔,成为这家刚刚开 张的高技术公司的第12名员工。他的第一项重任是代表英特尔与日本“商业通讯公司”合 作研制可编程台式计算器,霍夫按照日本人的要求进行研制时,发现可以用简单的方法完成 逻辑功能,制成一个可程序化的机器。程序可储存在只读存储器中,芯片可以阅读指令并依 其行事。这样,芯片就能够运行程序。微处理器的观念就这样意外萌芽了。 莫尔首先对此表示赞许,请刚从仙童跳槽过来的费德里科·费根接手领导设计这种芯 片。1971年,研制小组终于制成了能够实际工作的微处理器,将其命名为4004。在大约12 平方毫米的芯片上,共集成了2250个晶体管;这与今天奔腾处理器上超过300万个晶体管 相比,简直不可同日而语,但在当时却是一个巨大的突破。 一方面,微处理器是半导体生产商们多年以来生产的集成电路片的一种延伸,只不过将 算法与逻辑功能更多地集成到一块芯片上;另一方面,由于集成了众多紧密互补的功能,微 处理器的运行必须依赖于一种简单的语言。一个微处理器的指令集由一种编程语言构成。微 处理器的体积很小,但每块芯片却包含一台大型电脑所具有的运算能力和逻辑电路。 费根同时还开发出另外三种芯片:4001、4002、4003,分别是随机存取存储器(RAM, random access memory)、只读存储器(ROM,read-only memory)以及寄存器(regis- ter),4种芯片合起来即可达成微电脑功能。1971年11月,英特尔打出“一块芯片上的计 算机”的广告,并向全世界宣称“集成电子的新纪元已经来临”。 不过4004只能处理4位的信息,当时小型机与大型机处理的信息分别是8位和16位, 因此必须继续开发8位的微处理器,才能追上小型机的要求,具有市场价值。费根很快在 1972年开发出8位的8008芯片。 紧接着,1974年,英特尔又推出8080,这种微处理器共集成了约4800个晶体管,运算 速度比4004型快20倍。8080及其仿制品后来共卖出上百万块,成为当时微电脑8位机的 核心部件。随着销售量的增加,8080的价格也从最初每块300美元迅速降至3美元。 完成设计工作后,费根曾说:“我们确信8080会改变整个电脑业的历史!”没错,但 这必须借助软件的支持才能实现。 为了让4004与8080发挥作用,必须将它们“程序化”,也就是为它们编制程序,这些 程序用来指示芯片如何工作。而这一时期懂得编程的人为数不多;他们往往优先为大型机和 小型机编程。为了让更多的人能采用英特尔的新型微处理器,英特尔必须先吸引编程者为其 编程。 最早被英特尔吸引过来的软件天才之一是加里·基尔达尔。他开发了PL/I软件——— 种复杂的计算机语言——的微电脑版本。这不是一件轻而易举之事。微处理器不仅在物理意 义。而且在逻辑意义上都很微小。它只有最小限度的逻辑设备,因而难以程序化。为它设计 任何语言都是一件头疼事,更别说设计一种复杂的语言了。基尔达尔的一位朋友后来说,他 之所以撰写pL/I正是因为这一任务很艰巨。像许多重要的软件业人物一样,基尔达尔主要 是因为智力上的挑战才对编写程序乐此不疲。这种“智力上的乐趣”在本书中会经常提到。 但基尔达尔的最重要的发明并非PL/I,而是一种叫做CP/m (control program for microprocessor,微处理器控制程序)的操作系统。操作系统是一种基本软件,它使计算机 系统的各部件协调工作,并指挥它们如何一起运作,发挥各自的功能。大型计算机都带有操 作系统,而CP/M则专用于微处理器,基尔达尔把它写得简单而紧凑。CP/M完成后,基尔 达尔欲自行推广这一软件,英特尔对此并无异议。它不准备自己出面行销这种东西。 此时英特尔的新型微处理器主要还是应用在工业控制上,或是控制交通指示灯以节省人 力。诺伊斯觉得钟表将是它的主要应用市场。英特尔的管理人员也讨论了微处理器的其他可 能的应用,大多数设想是用于微波炉。音响设备和汽车上的“嵌入式系统”。无人预见到可 以把它放入微电脑。 英特尔是微处理器生产的开山鼻祖。虞有澄说,“从海沙到黄金”,是对微处理器最贴 切的形容。硅是从海沙中提炼出来的,先要把硅制成硅片,经过加工蚀刻处理才能做成微处 理器。较少接触电脑产业的人,可能无法体会微处理器有多贵重。事实上它的身价与同样滤 自沙粒的黄金不相上下,有时候,单块微处理器的价格比一两黄金还高。有人甚至戏谑地 说:“不爱黄金,但爱微处理器。” 然而,英特尔在微处理器的应用方向上却缺乏洞见。这是它的一大憾事。幸亏“江山代 有才人出”,几位大师级人物随后登场,凭着他们的冲动与胆识,带动了微电脑产业的兴 起,也为微处理器开拓了广阔的新天地。