發明世界上第一個微處理器：泰德·霍夫的技術人生

接近凌晨的時候，旭日東昇的光芒還沒有到達硅谷的山腳，我們今天的主人公特德·霍夫已經在電子零件中忙得不亦樂乎，在一摞摞塵封的電路板中翻找。這是位於美國硅谷福特希爾學院每月一次的跳蚤市場，逛電子跳蚤市場是霍夫最中意的愛好之一。

泰德·霍夫是電子行業傳奇的一部分。當他在當時位於美國山景城的英特爾公司擔任研究經理時，他意識到硅技術已經發展到這樣的地步，即通過精心設計，一個完整的中央處理器可以裝在一個芯片上。他與當時美國的電子學專家斯坦利·馬佐爾和費德里科·法金合作，創造了第一個商用微處理器，即英特爾4004。

但對霍夫來說，微處理器只是他對電子學的長期迷戀過程中的一個小插曲。他對這一領域的熱情使他從紐約市的二手電子產品商店到精英大學的實驗室，經歷了微處理器革命的激烈早期和視頻遊戲行業的動盪，鑑於以上的這些寶貴而獨特的經歷，他最終找到了一個讓自己覺得有意思的工作：高科技私人偵探。

早在他的童年時期，霍夫就發現，讓自己不那麼像個孩子的最好方法是瞭解事物的工作原理，而且需要了解得比別人更多。他的探索從化學開始。到12歲時，他已經轉向電子學，用從盟軍無線電目錄中訂購的零件、短波無線電套件以及從他父親的僱主：紐約州羅切斯特的通用鐵路信號公司的垃圾中打撈出來的剩餘繼電器和電機制造東西。然後在高中時，他主要使用二手元件，建造了一個示波器，這一成就使他在通用鐵路信號公司得到了一份技術員的工作。

霍夫在紐約州特洛伊市倫斯勒理工學院的本科學習期間回到了那份工作。幾個夏天開始，霍夫進入通用鐵路公司的實驗室，發現研究人員的兩個最好的示波器壞了。他將修復最先進的泰克545型示波器，然後繼續研究更有趣的東西，如發明一種音頻頻率的鐵路列車跟蹤電路和一種閃電保護裝置，這使他在十幾歲前就獲得了兩項專利。

霍夫回憶說，這份工作最好的一點是，這份工作讓他有機會接觸到1950年代大多數工程系學生預算之外的元件，例如，晶體管，甚至是剛剛問世的功率晶體管。他做了一篇關於用作開關的晶體管的本科論文，他因此獲得的現金獎勵很快就用於購買他自己的幸福牌（Heathkit）示波器。

早期的神經網絡

霍夫喜歡倫斯勒大學的工程課程，但不喜歡學院本身的狹隘的關注重點。他想拓寬自己的視野，無論是在智力上還是在地理上（他從未去過尼亞加拉大瀑布以西幾英里的地方），所以選擇了加州的斯坦福大學研究生院作爲自己研究生生涯的目的地。在那裡攻讀博士學位期間，他從事適應性系統，今天被稱爲神經網絡的研究，並與他的論文導師伯納德·維德羅一起又獲得了兩項專利。

他有一個在計算機控制下來回移動的玩具火車，平衡着一根掃帚棍。他的英特爾同事評價霍夫是一個古怪的發明家，一個瘋狂的科學家。

他的英特爾同事麥澤爾（Mazor），現在是加州山景城Synopsys公司的培訓經理，回憶起在斯坦福大學實驗室見到霍夫的情景。

獲得學位後，霍夫作爲博士後研究員在斯坦福大學又待了六年，繼續從事神經網絡的工作。起初，他的小組通過使用一個電阻隨電流的大小和方向而變化的裝置，使網絡可以訓練。它由一根鉛筆芯和一段銅線組成，置於硫酸銅和硫酸溶液中，他們稱它爲記憶器。

霍夫在微處理器方面所有工作的一個結果是：讓計算機遠離了那些計算機中心的人，這件事兒讓霍夫一直很高興。"

該小組很快就獲得了一臺IBM 1620計算機，霍夫在編程方面有了第一次經驗，也有了與系統對抗的經驗。他不得不與校園計算機中心的官員打交道，這些官員認爲所有的計算機都應該在一個地方，由處理研究人員交付的打孔卡片的專家來管理。研究人員應該對計算機系統進行交互式編程的想法，對他們來說是一種厭惡。

霍夫表示："我們所有關於微處理器的工作的一個結果一直讓我感到高興，我們把計算機從那些人那裡弄走了。"

到1968年，學生對美國政府在越戰問題上的敵意越來越大，校園裡那些像霍夫一樣依賴政府資助的研究人員的生活看起來似乎變得很不舒服。當霍夫接到羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce）的電話時，他已經在考慮工業工作的可能性，諾伊斯告訴他，他正在創辦一家新公司：英特爾公司，並聽說霍夫可能對一份工作感興趣。他問霍夫，半導體集成電路業務將在哪裡找到它的下一個增長點。"存儲"，霍夫回答。

這就是諾伊斯心目中的答案：英特爾是作爲一家存儲器製造商推出的，那一年，他僱用霍夫作爲技術人員的一員，霍夫是英特爾的第12名僱員。霍夫從事存儲器技術工作，很快獲得了一項用於MOS隨機存取集成電路存儲器的單元專利。後來成爲應用研究經理，他有了職業生涯中的第一次客戶接觸。

霍夫發現工程人員往往對市場營銷有一種非常傲慢的態度，但霍夫發現，如果在這個領域保持自己的眼睛和耳朵，你會學到大量的東西。

霍夫說當時認爲工程界人士往往對營銷有一種非常傲慢的態度，但霍夫發現，如果在現場睜大眼睛和耳朵，就能從客戶那裡會學到大量的東西。試圖瞭解人們正在努力解決的問題是非常有幫助的。回到實驗室的人如果沒有這種接觸，就會在工作中處於不利地位。

從12塊芯片到一個微處理器

霍夫接觸到的一組客戶是來自東京的Busicom公司。Busicom公司聘請英特爾公司爲一種低成本的計算器開發一套定製芯片，並派了三名工程師到聖克拉拉從事芯片設計工作。霍夫被派來照顧他們，給他們拿鉛筆和紙，告訴他們午餐室在哪裡，這些陪伴工作沒有什麼技術含量。

但霍夫頭腦中的技術部分沒有關閉開關，他很快得出結論，這些工程師的方向是錯誤的。12個芯片，每個都有3000多個晶體管和36根引線，要處理計算器邏輯和控制的不同元素，他推測光是包裝的成本就會超過計算器的目標零售價格。與他目前在另一個項目中使用的PDP-8微型計算機的簡單性相比，霍夫對這個小小的計算器的複雜性感到震驚，他得出結論，一個能夠處理計算器功能的簡單計算機可以用大約1900個晶體管來設計。鑑於英特爾先進的MOS工藝，他認爲所有這些，都可以裝在一個芯片上。

002

Busicom公司的工程師們沒有興趣放棄他們的設計而支持霍夫的未經證實的建議。但霍夫在諾伊斯的祝福下，開始了該項目工作。很快，當時在英特爾公司擔任研究工程師的馬佐爾加入了他的行列，兩人繼續研究霍夫的想法，開發了一個簡單的指令集，可以用大約2000個晶體管實現。他們表明，這套指令可以處理小數加法，掃描鍵盤，維持顯示，並執行其他功能，這些功能在Busicom設計中被分配到不同的芯片上。

1969年10月，霍夫、馬佐爾和三位日本工程師與從日本來訪的Busicom管理層會面，並描述了他們不同的方法。Busicom的經理們選擇了霍夫的方法，霍夫說，部分原因是他們理解該芯片可以有超出計算器的各種應用。該項目被賦予了 "4004 "的內部名稱。

費德里科·法金（Federico Faggin），現在是加利福尼亞州聖何塞市Synaptics公司的總裁兼首席執行官，被指派設計該芯片，並在9個月內提出了一個4位、2300晶體管的 "芯片上的微可編程計算機 "的工作原型。1971年2月，Busicom公司收到了第一批設備的貨物。

法金回憶說，當他開始實施微處理器時，霍夫似乎對這個項目失去了興趣，而且很少與他交流。霍夫當時已經在進行他的下一個項目，爲美國德克薩斯州聖安東尼奧的計算機終端公司初步設計了一款8位的微程序計算機，由計算機終端公司設計，被命名爲8008型。霍夫總是 "不得不做非常前沿的工作，我可以看到他有一種緊張感，總是站在正在發生的事情的最前沿。"

在英特爾早期的那些日子裡，馬佐爾回憶說，霍夫有許多項目的想法，其中許多雖然沒有取得商業上的成功，但被證明是有先見之明的：一個像數碼相機一樣的RAM芯片，可以在內存中捕捉圖像，一個有移動飛船的視頻遊戲，一個用於編程的可擦除可編程ROM的裝置，以及用於邏輯模擬的計算機輔助設計工具。

英特爾營銷部門估計，微處理器的銷售量每年可能只有2000片。

與此同時，在當時的美國和日本，微處理器革命正在加速進行，儘管這種革命的進展緩慢，信息技術革命也處在爆發的前夜。霍夫作爲微處理器的佈道者加入了法金的公司，試圖說服人們相信通用的單芯片計算機是有意義的。霍夫說，他最艱難的推銷對象是英特爾的營銷部門。

當時英特爾公司一時風頭無兩，他們對這個想法相當敵視，有幾個原因。首先，他們認爲英特爾所能製造的所有芯片將在幾年內被一家公司使用，所以向其他公司推銷這些芯片沒有什麼意義。第二，英特爾公司有二極管銷售員在外面瘋狂地銷售存儲器，而想讓他們銷售計算機？ 最後，他們估計一年的銷售總額可能只有2000個芯片。

但消息傳出去了。1971年5月，《Datamation》雜誌上的一篇文章提到了該產品，次年11月，英特爾爲4004 CPU製作了第一個廣告，並刊登在《電子新聞》上。到1972年，關於開始被稱爲微處理器的奇蹟的故事開始定期出現在媒體上，英特爾的競爭對手也緊隨其後，推出了自己的微處理器產品。

霍夫甚至從未考慮過爲微處理器申請專利。對他來說，這項發明似乎是顯而易見的。

當時霍夫沒有采取的一個步驟是申請專利，儘管他已經成功地爲幾項發明申請了專利。後來，他與麥澤爾（Mazor）和法金（Faggin）一起申請了 "多芯片數字計算機的存儲系統 "的專利，同年並獲得了該專利。

回想起來，霍夫回憶說，他在那些日子裡甚至從未考慮過爲微處理器申請專利。對他來說，這項發明似乎是顯而易見的，而顯而易見被認爲是拒絕專利申請的理由。不過，霍夫痛苦地說，當時的美國專利局目前似乎無視這一規則。對霍夫來說，如果在一年內可以在100個芯片上構建1000個電路的計算機，如果在第二年可以將這1000個電路放到10個芯片上，那麼最終這1000個電路就可以在一個芯片上構建，這是顯而易見的。

霍夫在1970年3月沒有申請專利，而是在1970年IEEE國際會議的會議記錄中發表了一篇文章，指出。霍夫認爲一個全新的方法來設計非常小的計算機，是由MOS技術所帶來的巨大的電路複雜性所實現的。每塊芯片有1000到6000個MOS器件，整個中央處理器可以在一塊芯片上製造出來。

但在1970年12月，一個在小集團的半導體行業之外的獨立發明家吉爾伯特·海特申請了一個處理器的專利，並提到要在單個芯片上製作。1990年，經過多次上訴和延期，凱亞特被授予該專利，並開始向許多微處理器製造商收取專利費。目前，雖然歷史上將今天的微處理器追溯到霍夫、馬佐爾和法金，但該發明的法律權利屬於凱特。

編解碼器的發明

雖然微處理器已被證明是他最著名的成就，但霍夫並不認爲它是他最大的技術突破。他把這一稱號留給了單芯片模數/數模編/解碼器（編解碼器）。

"現在，這項工作是一個令人振奮的技術挑戰，"霍夫有些高興地回憶說，"因爲有很多人說這是做不到的。"

該項目是由諾伊斯啓動的，他發現電話行業對新技術的需求已經成熟，並敦促霍夫爲該市場找到一個重要產品。在研究電話通信時，霍夫和其他幾位研究人員看到，當時在中央辦公室之間使用的數字化語音傳輸，取決於使用複雜昂貴的編解碼器，與機電開關相連接。

霍夫認爲可以把模擬-數字轉換，集成在一個芯片上，然後用這些電路作爲開關的基礎。這種做法除了降低電話公司的系統成本外，這種芯片將使公司能夠建立以電子方式處理交換的小型分支交換機。

霍夫和他的小組開發了一種複用的轉換方法，其中一個單一的轉換器被髮送和接收通道共享。他們還建立了一些其他的轉換和解碼技術，霍夫認爲這些技術並不明顯，並因此獲得了專利。

隨着該項目在1980年完成，經過六年的努力，並將其轉移到英特爾在美國亞利桑那州錢德勒的製造廠，霍夫成爲英特爾研究員，可以自由地追求他感興趣的任何技術。他感興趣的是回到他在自適應結構方面的工作，將他在斯坦福大學所研究的概念與微處理器的能力結合起來，爲語音識別服務。一年後，他建立了一個識別系統，英特爾在市場上銷售了好幾年。

該系統的一個主要客戶是汽車行業。它的檢查員使用該系統來幫助他們檢查一輛最終離開裝配線的汽車。當檢查員大聲指出需要修理的各種問題時，系統會提示他提供進一步的信息，並將他的回答記錄在計算機中。

從英特爾到雅達利

雖然他作爲英特爾研究員的職位給了霍夫相當多的自由，但他發現自己越來越無聊。1983年，英特爾在微處理器方面的成功使其成爲一個芯片供應商，而其他公司正在將芯片設計成系統。

霍夫一直對系統比對芯片更感興趣，而且他已經在英特爾工作了14年，當時在硅谷一家公司的平均工作時間是三年。

同樣，霍夫還沒來得及考慮離開英特爾，一份新工作就找上門來了。位於美國加州桑尼維爾的雅達利公司（Atari Inc.）當時是一家蓬勃發展的視頻遊戲公司，屬於華納通信公司，也是微處理器的主要用戶，該公司正在尋找一名企業技術副總裁。1983年2月，在討論了雅達利研究人員所追求的想法的範圍後，霍夫抓住了這個機會。

英特爾從一開始就有一個結構化的、高度控制的文化。而雅達利公司則是一片混亂。

英特爾從一開始就有一個結構化的、高度控制的文化。雅達利公司則混亂不堪。在霍夫的領導下，位於美國加州桑尼維爾、洛杉磯和草谷、馬薩諸塞州坎布里奇和紐約市的研究實驗室。研究人員正在研究圖像電話、慢跑者的電子輔助工具、提供觸覺反饋的計算機控制、類似於今天的虛擬現實的圖形環境、數字聲音合成、先進的個人計算機和通過調頻邊帶的軟件分發。

但霍夫幾乎沒有時間瞭解所有正在進行的研究項目，就在視頻遊戲業務發生了廣爲人知的暴跌。由於沒有堅實的內部控制，雅達利公司無法確定其遊戲在零售點的銷售情況，而經銷商則退回了數十萬個卡帶和遊戲機。霍夫開始每月收到裁員的命令。

1984年7月，當霍夫正在參加他的第30屆高中同學聚會時，華納將雅達利公司賣給了傑克·特拉米爾。然後，霍夫不得不選擇說服特拉米爾，讓他在一個對資助未來主義研究不感興趣的狹隘的公司中發揮作用，或者讓華納買斷他的合同。他選擇了後者。

回想起來，當年在雅達利公司的大多數人現在都對這些日子看得很黯淡。但霍夫回憶說，他在那裡的一年是一次愉快的、最終有用的經歷。霍夫非常積極地看待這段經歷。

他現在一半時間做顧問，一半時間從事自己設計的技術項目：機牀的讀出裝置、各種類型的抓幀器、模式識別以及模數轉換技術。這種多變的日程安排對他來說是完美的。他一直覺得自己是個通才，很難只專注於一種技術。

"我很容易分心，"他說。"每當你在研究一個問題時，這邊總有另一個問題看起來更有趣。但現在我自己的項目更有可能被推遲，而不是對其他人和他們的就業至關重要的事情。"

法金對這種獨立工作吸引霍夫並不感到驚訝。"他從來不是那種好客的人，"法金說。"他喜歡內向的工作，喜歡思考，喜歡琢磨新事物。這是他所擅長的。我總是對他能夠爲一個新的集成電路設想一個架構而印象深刻，幾乎是當場就能做到。"

他想出了一個又一個的主意，一個又一個的情況。如果他願意，霍夫可以坐下來，一個月就能搞出一個專利。這就是這個精力旺盛的電子工程師的常態。

山景城Teklicon公司的總裁兼首席執行官加里·薩默斯（Gary Summers）說，這家諮詢公司今天僱用了霍夫。"他想出了一個又一個的點子，一個又一個的情況。我認爲，如果他願意，泰德可以坐下來，一個月就能搞出一個專利。"

馬佐爾說："在我看來，毫無疑問，他是一個天才"。薩默斯欣然同意。

霍夫在雅達利之後的第一個項目是一個聲控音樂合成器，當有人對着它唱歌時，它就會發出選定樂器的聲音。霍夫對該項目最大的貢獻是建立了一個系統，確保出現的音符符合曲調，或者至少在和聲上補充曲調，即使歌手偏離了音調。他爲這個系統獲得了另一項專利，這個小工具通過Sharper Image目錄短暫銷售，但從未獲得巨大成功。

霍夫仍然偶爾爲產品設計做出貢獻。然而，在他擔任副總裁兼首席技術官的Teklicon公司，他的大部分諮詢都是爲律師做的。霍夫有一個獨特的組合，那就是長期的電子設計經驗和長期的打包習慣。他的家庭工作室裡有大約八臺不同品牌和年份的個人電腦，五臺示波器，包括一臺老式的泰克545示波器，15000個集成電路的清單和檔案，以及滿架子的集成電路數據書，可以追溯到1960年代。

馬佐爾對霍夫有清醒的認識："如果我的洗衣機壞了，我就打電話給維修人員。大多數聰明的工程師會買來替換的齒輪並安裝。特德有能力分析齒輪首先發生故障的原因，從基本原理上重新設計一個更好的齒輪，用木頭雕刻出來，在他家裡鑄造，並在安裝之前在他的車牀上進行動態平衡。"

當律師給他看一份專利披露，即使是幾十年前的，他也能確定它當時是否可以 "轉化爲實踐"，以及它是否提供了足夠的信息，使 "本行業的普通技術人員 "能夠實踐該發明。然後，他可以用他收藏的古董部件建立一個模型來證明他的結論，並作爲專家證人在法庭上演示這個模型。這種模型建造可以變得非常基本。霍夫試圖爲最近的法庭演示種植的羅謝爾鹽晶體堆滿了他的車間地板，旁邊還有他用來爲模型建造外殼的金屬加工設備。

霍夫認爲這種深入淺出的能力是他的優勢之一。他說："我把事情與基本原則聯繫起來。不對進入問題的假設提出質疑的人，最終往往解決了錯誤的問題。"

做法律偵探工作吸引霍夫的另一個原因是：這讓他有藉口在跳蚤市場和電子商店尋找有趣的 "古董 "部件。

霍夫不能討論他所參與的專利案件的具體細節。最近的幾起案件是在視頻遊戲領域；其他案件則涉及各種集成電路公司。在一些案件中，霍夫確信他的一方是正確的，而他的一方還是輸了，所以當微處理器專利被授予凱悅公司時，他並不感到驚訝。(不過，在裁決之後，他確實坐下來研究了凱悅公司的專利申請，並試圖根據凱悅公司的披露內容設計一個可以工作的微處理器。他發現了幾個不協調的地方，如只適合雙極技術的時鐘頻率和只能在MOS技術中實現的邏輯，以及需要太多的晶體管才能放在芯片上的邏輯，在他看來，該獎項是不正確的）。

"看到別人獲得微處理器的榮譽，特別是在最近的媒體報道中，是令人惱火的，但我不會讓它困擾我，因爲我知道我做了什麼，我知道我們項目的所有其他人做了什麼，我也知道英特爾是什麼樣的公司。而且我知道我是在行動的地方。"霍夫表示。

泰德·霍夫：全名“小馬西恩·愛德華·"特德"-霍夫”：霍夫於1958年從倫斯勒理工學院獲得了電氣工程學士學位。他在本科階段的夏天爲紐約羅切斯特的通用鐵路信號公司工作，並以此爲基礎申請了他的前兩項專利。他獲得了國家科學基金會的獎學金，進入斯坦福大學學習，1959年獲得碩士學位，1962年獲得博士學位。霍夫於1968年作爲第12號僱員加入英特爾公司，他提出了使用 "通用處理器 "而不是各種定製設計的電路的想法，並在1969年與斯坦利-馬佐爾一起爲英特爾4004制定了指令集，該芯片在70年代初開始了微處理器革命。硅門設計方法的開發和實際的芯片設計是由Federico Faggin完成的，他在1970-1971年期間也領導了這個項目。Busicom的Masatoshi Shima定義了邏輯。1980年，霍夫被任命爲第一位英特爾研究員，這是該公司的最高技術職位。他在這個職位上一直待到1983年，當時他去了雅達利公司。他在雅達利公司一直待到1995年3月。1996年，他成爲美國世嘉公司的銷售和市場執行副總裁。