他发明了全球第一个微处理器

初升的太阳刚刚照射到硅谷的山脚下，但小 Marcian E. (Ted) Hoff Jr. 已经在电子零件上手足无措，在成堆的尘土飞扬的电路板中挖掘。这是Foothill College每月的跳蚤市场，他很少错过。

Ted Hoff 是电子行业传奇的一部分。在当时于山景城担任英特尔公司的研究经理时，他就意识到硅技术已经发展到通过精心设计的程度，一个完整的中央处理器可以安装在一个芯片上。他与 Stanley Mazor 和 Federico Faggin 合作，创建了第一个商用微处理器Intel 4004。

但对于 Hoff 来说，微处理器只是他对电子产品的长期迷恋中的一个小插曲。他对该领域的热情使他从纽约市的二手电子商店到了精英大学实验室，经历了微处理器革命的激烈早期和视频游戏行业的动荡，最终找到了他今天的工作：高科技私人侦探（high-tech private eye）。

Hoff在孩提时代很早的时候就发现，让自己感觉不那么像孩子——而且更有力量——的最好方法是了解事物是如何运作的。他从化学开始了他的探索。到 12 岁时，他开始从事电子行业，使用从盟军无线电目录订购的零件、短波无线电套件以及从他父亲位于罗彻斯特的雇主通用铁路信号公司的垃圾中回收的剩余继电器和电机来制造东西。然后在高中时，他主要使用二手组件制造了一台示波器，他将这一成就用于通用铁路信号公司的技术员工作。

Hoff在纽约特洛伊的Rensselaer理工学院本科学习期间回到了那份工作。几个夏天开始，Hoff进入通用铁路实验室，发现研究人员的两台最好的示波器坏了。他会修理最先进的泰克 545，然后继续做更有趣的事情，比如发明音频铁路列车跟踪电路和防雷装置，在他十几岁之前就获得了两项专利。

Hoff回忆说，这份工作最棒的地方在于，它让他能够接触到超出 1950 年代大多数工科学生预算的组件——例如晶体管，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，他因此获得的现金奖励很快就用于他自己的 Heathkit 示波器。

早期神经网络

Hoff喜欢Rensselaer的工程课程，但不喜欢学院本身的狭隘焦点。他想在智力和地理上拓宽自己的视野（他从未在尼亚加拉大瀑布以西几英里处），因此选择了加州斯坦福大学的研究生院。在攻读博士学位期间。在那里，他研究了自适应系统（今天称为神经网络），并与他的论文顾问 Bernard Widrow 一起获得了两项专利。

他的英特尔同事Stanley Mazor现在是加利福尼亚州山景城 Synopsys Inc. 的培训经理，他回忆起在他的斯坦福实验室与 Hoff 会面。“他有一辆玩具火车在电脑控制下来回移动，平衡一把扫帚，”Stanley Mazor说。“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在斯坦福大学继续担任博士后研究员六年，继续研究神经网络。起初，他的团队通过使用一种电阻随电流大小和方向变化的设备来训练网络。它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，他们称之为忆阻器。

该小组很快就获得了一台 IBM 1620 计算机，而 Hoff 有了他在编程方面的第一次经验——以及与系统对抗的经验。他不得不与校园计算机中心的官员打交道，他们认为所有的计算机都应该放在一个地方，由处理研究人员交付的穿孔卡片盒的专家管理。研究人员应该以交互方式对计算机系统进行编程的想法对他们来说是一种厌恶。

Hoff 告诉IEEE Spectrum ：“我们在微处理器方面所做的所有工作的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，学生对越南战争的敌意越来越大，像 Hoff 一样依赖政府资助的校园研究人员的生活看起来可能会感到不舒服。Hoff在接到罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）的电话时已经在考虑工业工作的可能性，后者告诉他他正在创办一家新公司——英特尔公司，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领域。“存储”，Hoff回答说。

这就是诺伊斯心中的答案（英特尔最初是作为内存制造商亮相的），那年他聘请Hoff作为技术人员，英特尔的第 12 名员工。Hoff 致力于存储器技术，很快就获得了一项用于 MOS 随机存取集成电路存储器的单元的专利。在成为应用研究经理之后，他有了职业生涯中的第一个客户联系人。

Hoff 说：“工程师往往对营销持非常傲慢的态度，但我发现如果你在该领域睁大眼睛和耳朵，你会学到很多东西。试图了解人们试图解决的问题是非常有帮助的。回到实验室但没有这种联系的人处于不利地位。”

从12个芯片到一个微处理器

Hoff接触的一组客户来自东京的 Busicom Corp.。Busicom 聘请英特尔为低成本计算器开发一套定制芯片，并派三名工程师到圣克拉拉从事芯片设计工作。Hoff被指派照顾他们，给他们拿铅笔和纸，告诉他们餐厅在哪里——没什么技术性的。

但Hoff脑子里的技术部分没有关闭开关，他很快得出结论，工程师们走错了方向。十二个芯片，每一个都有超过 3000 个晶体管和 36 条引线，用于处理计算器逻辑和控制的不同元素，他估计仅封装成本就会超过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，他得出结论认为，一台可以处理计算器功能的简单计算机可以用大约 1900晶体管。他认为，鉴于英特尔先进的 MOS 工艺，所有这些都可以放在一个芯片上。

Busicom 的工程师没有兴趣放弃他们的设计以支持 Hoff 未经证实的提议。但在诺伊斯的支持下，Hoff开始着手这个项目。很快，时任英特尔研究工程师的 Mazor 加入了他的行列，两人追随 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，一组指令可以处理十进制加法、扫描键盘、维护显示器以及执行在 Busicom 设计中分配给单独芯片的其他功能。

1969 年 10 月，Hoff、Mazor 和三位日本工程师会见了从日本来访的 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，部分原因是他们知道该芯片除了计算器之外还可以有多种应用。该项目被赋予内部名称“4004”。

现任加利福尼亚州圣何塞 Synaptics Inc. 总裁兼首席执行官的 Federico Faggin 受命设计该芯片，并在 9 个月内提出了一个 4 位、2300 晶体管“微编程计算机”的工作原型芯片。” Busicom 于 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，并且很少与他互动。Hoff 已经在着手他的下一个项目，即为德克萨斯州圣安东尼奥市的 Computer Terminals Corp. 初步设计一台 8 位微程序计算机，该计算机由 Computer Terminals 设计，被命名为 8008。Hoff 总是“必须非常前沿的工作，”Faggin 告诉Spectrum。“我可以看到他的紧张情绪，总是站在正在发生的事情的最前沿。”

Mazor 回忆说，在英特尔早期的日子里，Hoff对项目有很多想法，其中许多想法虽然在商业上并不成功，但被证明是有先见之明的：可以像数码相机一样工作并在内存中捕捉图像的 RAM 芯片，视频游戏与移动的宇宙飞船、用于对可擦除可编程 ROM 进行编程的设备以及用于逻辑仿真的计算机辅助设计工具。

英特尔营销部门估计，[微处理器] 的总销量可能每年只有 2000 个芯片。

与此同时，微处理器革命正在加速，尽管速度很慢。Hoff 加入 Faggin 担任微处理器布道者，试图让人们相信通用单片机是有意义的。Hoff说，他最艰难的销售是英特尔营销部门。

“他们对这个想法相当敌视，”他回忆说，有几个原因。首先，他们认为英特尔可以制造的所有芯片都将在几年内卖给一家公司，因此将它们推销给其他公司毫无意义。其次，他们告诉Hoff，“我们有二极管推销员疯狂地卖内存，你想让他们卖电脑吗？你疯了。” 最后，他们估计每年的销售总量可能只有 2000 个芯片。

但是消息传了出去。1971 年 5 月，Datamation杂志的一篇文章提到了该产品，随后的 11 月，英特尔为 4004 CPU 制作了第一个广告，并将其放置在电子新闻中。到 1972 年，关于微处理器的奇迹的故事开始定期出现在媒体上，英特尔的竞争对手也纷纷效仿，推出了自己的微处理器产品。

Hoff当时没有采取的一步是申请专利，尽管他已经成功申请了多项发明专利。（后来，他与 Mazor 和 Faggin 一起申请并获得了“用于多芯片数字计算机的存储系统”的专利。）

回首往事时，Hoff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，并且显而易见性被认为是拒绝专利申请的理由（尽管，Hoff苦涩地说，专利局目前似乎无视该规则）。Hoff 很明显，如果一年内可以在 100 个芯片上构建 1000 个电路，如果在第二年可以将这 1000 个电路放在 10 个芯片上，那么最终这 1000 个电路可以构建在一个芯片上。

Hoff 没有申请专利，而是在 1970 年 3 月在 1970 年 IEEE 国际会议的会议记录中发表了一篇文章，其中指出：“MOS 技术可能带来巨大的电路复杂性，使得设计非常小型计算机的全新方法成为可能。每个芯片有 1000 到 6000 个 MOS 器件，整个中央处理器可以制造在一个芯片上。”

但在 1970 年 12 月，半导体行业之外的独立发明家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，经过多次上诉和延期，Hyatt获得了该专利，并开始向许多微处理器制造商收取版税。目前，尽管历史可以将今天的微处理器追溯到 Hoff、Mazor 和 Faggin，但该发明的合法权利属于Hyatt。

编解码器的发明

虽然微处理器已被证明是他最著名的成就，但Hoff并不认为这是他最大的技术突破。他认为单芯片模数/数模编码器/解码器（编解码器）才是他最大的发明··。

“现在这项工作是一项令人兴奋的技术挑战，”Hoff回忆道时有些高兴，“因为有很多人说无法完成。”

该项目由 Noyce 启动，他发现电话行业已经成熟，需要新技术，并敦促 Hoff 为该市场寻找重要的产品。在研究电话通信时，Hoff和其他几位研究人员发现，数字化语音传输，然后在中央办公室之间使用，取决于使用与机电开关相连的复杂昂贵的编解码器。

“我们认为，”Hoff告诉Spectrum，“我们可以将模数转换集成在一个芯片上，然后使用这些电路作为切换的基础。”除了降低电话公司的系统成本外，这种芯片还可以使公司建立小型交换分机，以电子方式处理交换。

Hoff 和他的团队开发了一种多路转换方法，其中发送和接收通道共享单个转换器。他们还建立了许多其他的转换和解码技术，Hoff认为这些技术并不明显，因此他获得了专利。

该项目于 1980 年完成，经过六年的努力，并将其转移到位于亚利桑那州钱德勒的英特尔制造工厂，Hoff成为了英特尔研究员，可以自由地追求他感兴趣的任何技术。他感兴趣的是回到他在自适应结构方面的工作，将他在斯坦福大学研究过的概念与微处理器在语音识别服务中的强大功能结合起来。一年后，他建立了一个识别系统，英特尔在市场上销售了几年。

该系统的主要客户是汽车行业。它的检查员使用这些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，系统会提示他提供更多信息，并将他的回答记录在计算机中。

从英特尔到雅达利

尽管他作为英特尔研究员的职位给了Hoff相当多的自由，但他发现自己越来越无聊。英特尔在 1983 年在微处理器方面的成功使其成为了芯片供应商，其他公司也在将芯片设计成系统。

“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，当时硅谷一家公司的平均逗留时间是 3 年。我早就该跳槽了。”

再一次，当新工作出现时，Hoff并没有超越考虑离开英特尔的想法。Atari Inc.位于加利福尼亚州桑尼维尔，当时是华纳通信公司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，该公司正在寻找公司技术副总裁。1983 年 2 月，在讨论了 Atari 研究人员所追求的想法的范围后，Hoff抓住了这个机会。

英特尔从一开始就拥有结构化、高度控制的文化。在雅达利，则混乱统治着。Hoff 领导下的研究实验室位于洛杉矶的桑尼维尔和加利福尼亚的草谷。马萨诸塞州剑桥。研究人员正在研究图片电话、慢跑者的电子辅助设备、提供触觉反馈的计算机控制、类似于当今虚拟现实的图形环境、数字声音合成、先进的个人计算机以及通过 FM 边带分发的软件。

但 Hoff 还没有来得及了解所有正在进行的研究项目，视频游戏业务就出现了广为人知的暴跌。没有可靠的内部控制，雅达利无法确定其游戏在零售点的销售情况，分销商退回了数十万个墨盒和游戏机。Hoff开始每月收到裁员订单。

“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，那将是另一回事，”他告诉Spectrum。“但是当你发现每个月都必须削减团员时，士气真的会下降。”

1984 年 7 月，当 Hoff 参加 30 次高中同学聚会时，华纳将 Atari 卖给了 Jack Tramiel。Hoff随后不得不在说服特拉米尔（Tramiel）他可以在一家对资助未来研究不感兴趣的狭隘公司中发挥作用和允许华纳买断他的合同之间做出选择。他选择了后者。

回首往事，当年在雅达利的大部分人，现在对他们的看法都是阴暗的。但Hoff回忆起他在那里的一年是一次愉快且最终有用的经历。“也许我比我应该更积极地看待它，”他说，“但事实证明这对我来说是一个很好的过渡，我现在的生活非常美好。”

现在，他一半时间担任顾问，一半时间从事自己设计的技术项目——用于机床的读出设备、各种类型的图像采集卡、模式识别和模数转换技术。这个五花八门的时间表对他来说是完美的。他一直觉得自己是一个多面手，并且很难只专注于一项技术。

“我很容易分心，”他说。“每当你在处理一个问题时，这里总会有另一个看起来更有趣的问题。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。”

Faggin 对于这种独立的工作对 Hoff 的吸引力并不感到惊讶。“他从来不是那种合群的人，”Faggin说。“他喜欢内向的工作，喜欢思考，喜欢探索新事物。这是他擅长的。我总是对他能够几乎在现场可视化新 IC 的架构印象深刻。”

Teklicon Inc. 的总裁兼首席执行官 Gary Summers 说，山景城是 Hoff 今天聘用的咨询公司：“他提出了一个又一个的想法，一个又一个的情况。我想，如果他愿意，泰德可以坐下来一个月发明一项专利。”

“在我看来，他毫无疑问是个天才，”马佐尔说。萨默斯欣然同意。

Hoff在 Atari 之后的第一个项目是声控音乐合成器，当有人对它唱歌时，它会发出所选乐器的声音。Hoff 对该项目的最大贡献是一个系统，该系统确保出现的音符与音调一致，或者至少与音调和谐地相辅相成，即使在歌手走调的情况下也是如此。他为该系统获得了另一项专利，该小工具通过 Sharper Image 目录短暂销售，但从未取得巨大成功。

Hoff仍然偶尔为产品设计做出贡献。然而，在他担任副总裁兼首席技术官的 Teklicon，他的大部分咨询工作都是为律师完成的。Hoff 将长期的电子设计经验和长期的饕餮习惯独特地结合在一起。他的家庭工作室包含大约八台不同品牌和年份的个人电脑、五台示波器（包括一台老式 Tektronix 545 示波器）、15000 个已清点和归档的 IC，以及装满可追溯到 1960 年代的 IC 数据手册的架子。

当律师向他展示一项专利披露时，即使是十年前，他也可以确定它是否可以“减少实践”，以及它是否提供了足够的信息以允许“本领域的普通技术人员”实践发明。然后他可以建立一个模型来证明他的结论，使用他收藏的老式组件，并在法庭上作为专家证人展示该模型。这种模型构建可以变得非常基础。在Spectrum的访问中，Hoff试图为最近的法庭演示而种植的罗谢尔盐晶体散落在他的车间地板上，旁边是他用来为他的模型制作箱子的金属加工设备。

Hoff 将这种深入浅出的能力视为他的优势之一。“我将事物与基本原则联系起来，”他说。“不质疑解决问题的假设的人往往最终解决了错误的问题。”

Mazor 说：“如果我的洗衣机坏了，我会打电话给修理工。大多数聪明的工程师会购买替换齿轮并安装它。Ted 能够首先分析设备失效的原因，从基本原理重新设计更好的齿轮，用木头雕刻，在家中铸造，并在安装前在车床上进行动态平衡。”

Hoff 告诉Spectrum说， 看到其他人因微处理器而获得赞誉，尤其是在最近的媒体报道中，“令人恼火” ，“但我不会让它打扰我，因为我知道我做了什么，我知道所有其他人在做什么我们项目的人做到了，我知道英特尔是一家什么样的公司。而且我知道我就在行动所在的地方。”

来源：半导体行业观察