215. 随机存取内存诞生的故事

上一期讲了晶体管的历史,结果有人说只想知道晶体管是如何做的,说实在的,我也不知道,我这个不是科普节目,晶体管怎么做这事,包括现在像AMD的锐龙,Intel的i7 CPU里用的什么晶体管,怎么做出来的,我一窍不通。说实在的,我不认为有中国人能完全搞懂现在主流的CPU是如何造出来的,如果能搞懂,早就去自己搞了,还能申请一大堆钱。我认为像AMD的锐龙,Intel的i7肯定有不为人知的特殊机密,也是人家的核心技术,肯定是不会透露的,所以,不要问我特别技术的问题,i7怎么造的,我要是知道,我还用白天开出租,晚上跳钢管舞为生么?早就去造CPU了。

这期是讲内存的故事,所以,如果你想知道DDR4,DDR5内存是怎么造出来的,那你来错地方了,我不懂,我只是讲最早期与内存相关的故事,与怎么造内存没关系,我也不懂怎么造内存的。

讲这个故事有点长,因为任何东西都不是一个天才拍脑门就能想出来的,造内存也是,得有需求和资金,还要有人才,这三个缺一不可。如果只有需求和资金,但是没人才,最后就是花很多钱啥也造不出来,这种情况在美国很多,大家都是骗国家投钱,然后自己装腰包里去了。如果没有资金,只有人才和需求,大家应该知道一分钱难倒英雄汉的故事吧,像我在以前几期讲的阿塔纳索夫造电脑的时候,就是因为没有钱,所用的内存是电容做的,只能凑活。如果有资金有人才,但是没有需求,那就是造一个昂贵的玩具,就像在荒野里修了个电动车充电站,任凭风吹雨打,都长草了。

造内存的时候,正好有这三方面的条件,可谓天时地利人合,有需求,有人出钱,还有能造内存的人才。这个要先说回到1949年8月的一天。

在1949年8月,一份报告摆到了美国总统杜鲁门的案头,报告说远东刮来的风里检测到了大量的核辐射。杜鲁门让他的团队打听一下是不是美国又在搞核试验了?结果团队说没有。这就太可怕了,结果传来了一个让美国震惊的消息,苏联宣布成功引爆了核弹,更刺激的是,苏联还宣布了自己有1200架大型图-4轰炸机,已经可以有全球投放核弹的能力。以现在的眼光来看,苏联当年在51节检阅的时候,可能是有点吹牛,他们的图-4轰炸机并不能全球投放,但是也比较厉害了。

为了防止苏联的核弹扔到美国头上,美国政府一方面查一下谁泄露给苏联的造核弹的机密;另一方面要有反制措施,最好是能让轰炸机进入美国领空之前就给检测出来。对后者来说,就是建立一套系统,对苏联的进行监控,类似于一套雷达报警系统,这肯定需要电脑这种东西。于是,美国政府就把这个工作让麻省理工去做了,找了个叫乔治·瓦利的教授,看看能不能搞点事情出来。当时他有个已经毕业的学生叫杰伊·福雷斯,正在从事另一个项目,那个项目的名字叫“旋风计划”,与飞机相关的,那个项目已经花了400万美元,因为这个杰伊·福雷斯能说会道,技术水平还挺高,与政府的关系又好,类似于一个小号的冯·诺伊曼吧,他想干的事情,基本上都能从政府拉来很多钱,而且完成的还很不错,这种是正循环,给钱,活干的好,下次要钱的时候,就会给更多的钱,如果活又干的好,下次直接闭着眼给钱。

这个杰伊·福雷斯就是如此,他花了400万美元,搞出来了一个特别厉害的飞机,但是二战结束了,他的飞机并没有真正上战场,所以他经常拿他设计的飞机来些高难度的动作取悦别人,空军的领导很开心,让他当了空军航空部门的一个负责人。他正好没事干,只能自己找点项目干,于是,他又申请了一大笔钱,改进飞机设计的流程,当年飞机要先设计出来,再去飞一下试试,如果不行,再回来改一下,这样比较费钱,他就决定用计算机来设计。如果能在计算机上模拟一下,不用真的飞上天,那就能省一大笔钱了。

于是他要造一套飞机设计软件,在模拟飞机的时候,他遇到了这样一个困难,以前的电脑都是先输入数据,等一会儿算出来结果,现在他要实时的算出数据并反馈给电脑,比如模拟飞机的操纵杆,电脑要对这个结果马上给出反馈,但是当时的电脑都没这个功能,有点像现在咱们玩游戏一样。于是接下来的问题是,他要先制造一台符合他要求的电脑出来。于是在1946年到1949年之间,他又申请了每年100万美元造电脑,以他的能力,他在第一年就模仿一台ENIAC,当年的知识产权可能还不太严格,但是,这台仿制的ENIAC并不能做到实时的对飞机的操纵杆进行反馈,他分析了一下原因,他觉得是内存不行,当时的内存太慢了,完全没法用。

他正在为这件事情困扰的时候,他的老师来拜访他,问他能不能搞个雷达能实时的监控苏联的飞机,他想了一下说,目前不行,他正在做的项目就卡在这里了,因为他要模拟的飞机要在1秒钟内对92个独立的变量进行反馈,目前的电脑内存太慢了,不能实时的反馈,这个和雷达一样,如果苏联的飞机来了,要半小时后才能算出来,核弹都投下来了。这两个问题实际上是一个问题,现在电脑的内存都是阴极射线管,和电视一样,用暗点和亮点来存储一系列数据,但是电子很容易受干扰,一不小心,数据就错了。他就和他老师说这事搞不定。他老师就说,如果你都搞不定,我就想不到谁能搞定了,加钱能不能搞定呢?这个杰伊·福雷斯说,加钱可以,现在每年100万,你打算加多少?然后,就给了他每年400万,这样他每年可以花500万美元造内存了。

在钱的驱使下,他也没有造出内存出来,但是他仅仅花了一年时间,就让空军觉得这钱花得值。在1950年夏天,在汉斯科姆空军基地,这是波士顿的一个秘密空军基地,他们用二战时候的雷达,让空军模拟苏联的飞机,他们可以对一架轰炸机跟踪了10英里,并且模拟算出了最佳的拦截时刻,这件事用咱们中国的话来说算是初次验收,空军觉得这钱没白花,问他能不能同时跟踪几架飞机,杰伊·福雷斯说没问题,只要给时间。然后接下来的几年,钱的问题基本上解决了,只是内存的问题还没有解决。

在1951年的时候,杰伊·福雷斯的那套东西已经可以跟踪几架飞机了,这也是世界上唯一一个可以实时反馈的系统,但是就是不稳定,因为内存在运行一段时间以后,就会挂掉,数据因此会出错,飞机就跟丢了。这让这个科研团队十分灰心,这个团队里离职了不少人,认为这个是无法解决的问题。最后还是杰伊·福雷斯自己来处理,反正他是负责人,于是他尝试了各种方法,他试试能不能用电场和磁场来记录数据。

他找到了一位新泽西的朋友,这个朋友是陶瓷专家,开了个公司生产电视机上的铁氧体阻抗变换器,这种变阻器是用电流产生的磁场,比较简单,但是杰伊·福雷斯希望得到一个用电流改变磁场,然后又能读取这个磁场的设备,他的这个朋友说可以试试,两个人研究了一年多,终于做出了后来的芯子存储。他们两个发明了这个东西以后,立刻就注册了专利,从国家赚了不少钱,最后杰伊·福雷斯把这个专利属于他的部分送给了麻省理工学院,这个专利每年光专利费给麻省理工赚2000多万美元。这种存储被称之为随机存取器,到今天为止,我们还是用的这个原理。IBM听到以后,马上出钱购买这个专利的许可,从而开发出了很多产品,这个留到以后再说。

在继续谈内存之前,我想谈谈冷战和杰伊·福雷斯这个人,在二战以前,美国对国外的态度是只要不打我,我才懒得管,也就是所谓的孤立政策。大部分美国人在打二战之前,对自己国家的实力是没任何想法的,根本不知道自己这么能打。因为美国都是一些低头赚钱的民企,根本没想到要打二战,只有打了,才想到自己能干点啥。可以说是美国靠民企打赢了二战,德国靠纳粹党企打输了二战。也正是因为这个原因,像本文的主人公想到了内存的方法以后,马上注册了专利,实际上,美国的军方是不反对的,不但不反对,而且很乐意你这样坑国家的钱。在1945年到1985年这40年间,美国军方全国撒钱,大概花了3万亿美元,造就了一大批私企,但是军方从来不要股份,甚至还要高价买你的产品。

美国军方最有影响力的两个部门分别是DARPA(国防高级研究项目署)和IPTO(信息处理技术办公室),这两个部门主要负责撒钱,如果大家听过我以前的节目,就知道这两个部门投资的公司创造了互联网,创造了造鼠标,和图形界面的施乐公司,否则比尔盖茨和乔布斯都不知道去抄谁的。还有这两个部门也创造了一家叫DEC的公司,这家公司的一个员工去了微软,做出了windows NT,DEC公司就是以造内存起家的,其实这两期我想讲DEC公司,但是突然讲的话又感觉太突兀,这一期算是DEC前传了。

这一点还是要先明确,美国靠民企打赢了二战,所以战后,美国政府对民企那是相当的关心。我就讲一个例子吧,这是一家美国公司,可能不少中国人家里也有这家公司的产品,这家公司的名字比较山寨,叫AO史密斯,国内的和国外的是不是一样就不清楚了,外国公司一进来中国,肯定是要变点味道的,我讲的是美国的公司。

这家公司在二战前做什么呢?做婴儿车,自行车和热水器。婴儿车,自行车和热水器有什么共同点么?有的,这两个东西都要用管子,自行车用,热水器也用,也就一起造了。没想到二战发生了,美国很郁闷,这么大个国家,竟然没有一个专门造炸弹的专业公司,只要招标,这家公司就接到了标书。政府的人就告诉他,造炸弹简单,比自行车和热水器都简单,就是搞个管子,再焊接上两个铁片当翅子稳定一下就可以了,然后这个公司也是爱国心切,把自己的热水器和自行车生产线改装了2周,就开始造炸弹了。二战期间,这家热水器厂商总共造了450万枚航空炸弹,不计其数的普通炸弹,但是也不要太骄傲,这个公司在美国政府的供应商中排不到前100名。

期间,他们还修了两条超长的管子,因为在二战期间美国东西海岸之间要交换石油的话,没有铁路,只能通过巴拿马海峡,但是那个海峡被德国搞定了,在1942年美国完全不能运石油。于是,AO·史密斯造了两条管子,这就是横跨美洲大陆的输油管,反正这家默默无闻的公司就是搞管子出身的,从婴儿车一直做到另一个名字听起来像婴儿车的管子,美国投到日本的两颗原子弹,一个名为“小胖子”,一个名为“小男孩”,这两个核弹也是管子,同样是AO·史密斯焊接出来的。当然了,战后这家默默无闻的公司,就像电影里从来回头看爆炸的英雄一样,又默默的回去造热水器了,武器,都是以前的事了。

大家看过美国队长吧,如果没看过可以去看看,美国队长有个故事是美国队长和他的飞机被冰封了几十年,这个有个真实版本的故事,美国在二战期间,有几架飞机迫降在格陵兰岛茫茫无际的冰原上,飞机的型号是P38,过了小50年的时间,这几架飞机早就被人遗忘了,已经被埋到了80米厚的冰层里。AO·史密斯听说以后,就把自己的大型热水器运到现场,毕竟是专业生产热水器的,花了几个月的时间,这几架P-38飞机像美国队长里的飞机一样,重见天日。

但是,没有像美国队长里演的那样,这几架飞机没能马上起飞,在运回去修理以后,这几架飞机又得以重回天空。为什么AO·史密斯要去做这件事情呢,一个原因是他家热水器做的好,另一个原因是,这架飞机的起落架,航炮,螺旋桨都是当年AO·史密斯生产的。我前面说过,AO·史密斯并不算太靠前的供应商,像给美军生产谢尔曼坦克那就更传奇了,前两年有部电影叫《狂怒》,布拉德·皮特拍的,里面有个场景是四辆谢尔曼坦克对阵一辆虎式坦克。大家可能觉得4打1有点不公平,实际上,现实上更不公平,德国生产1000辆虎式坦克的时候,美国找了些汽车公司,拖拉机公司,还有一家生产伐木器材的公司,这些公司一合计,每家生产几个零件,然后德国1000辆虎式坦克上战场,美国这边上去6万辆,以60:1的速度摧毁了纳粹。所以战后,作为收藏品的虎式坦克价格是相当贵的,为什么呢?其实并不是有些军迷吹的虎式坦克世界第一好,而是因为虎式坦克生产的少,都被打烂了,物以稀为贵,像谢尔曼坦克多得有点不像话,除了打赢了战争,没有其它优点。

当然了,有人会说美国造的坦克没有德国人造的有工匠精神,我看过军迷分析过德国亨舍尔公司造的虎式坦克,说实在的,战争这种东西,别说坦克,炸弹这种消耗品了,就算人都是消耗品,要啥工匠精神,又不是造手机,好虎架不住群狼,10辆谢尔曼对1辆虎式坦克,不可能输的。

二战之前美国的陆军水平打不过荷兰,但是美国人也没想到,自己原来这么能打,这叫什么,这叫藏富于民。美国一开始就孤立政策是因为觉得自己不能打,实际上,在二战期间,他们就靠这些造婴儿车,汽车,热水器,伐木器材的公司,造出了147艘航母,40万架飞机,30万辆坦克,一下子成了战胜法西斯的中坚力量。

也正是因为这原因,战后的美国特别注重扶植这些民用企业,军方只负责给钱和采购,从来不追求要在这个公司里占股份,因为他们清楚,这些民企关键时刻肯定是和美国政府站在一起的。如果美国再和德国来一场,我一点也不怀疑这些美国的企业,包括高科技企业会对德国进行再一次打击,什么Google啊,Intel啊,别看平时挺正常的,而且还经常和美国政府发生点不愉快,在大是大非面前,肯定不含糊。我也相信,只要国家需要,AO·史密斯热水器还会再拿出自己的看家本领,再焊接一次炸弹。

在军方的强力投资下,杰伊·福雷斯找到了造内存的方法,军方的态度很有趣,他们开始四处找人看看这个技术行不行,不仅给IBM这样的公司推荐,还找任何对这个技术有兴趣的人推荐,其中就有两个年轻人说想试试,军方说好的,你们出去做个公司吧,只要你们造出来,我们肯定买。这两个年轻人说,有想法,没钱买这个专利授权啊,于是军方说没问题,钱我有,给你们把授权费打个折。这两个家伙就真的出去开公司了,后来这个公司就是DEC公司。

下一期讲讲这个公司的故事。

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