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钛媒体|芯片破壁者：从电子管到晶体管“奇迹”寻踪( 二 )


历史的吊诡之处就在于 ， 两位发明人并未首先从这项发明中获益 。 由于弗莱明声称他拥有电子管的优先发明权 ， 因此他所就职的英国马可尼公司就大张旗鼓地生产起真空三极管来 ， 福雷斯特对此当然十分不满 ， 将马可尼公司告上法庭 。
直到1916年 ， 经历十年的诉讼 ， 法庭最后判决福雷斯特的三极管触犯了二极管的专利权 ， 而马可尼生产的三极管也侵害了福雷斯特公司注册的三极管专利权 。 最终结果是两败俱伤 ， 两家公司都不准许再继续生产三极管 。
专利权的纷争尽管延缓了电子管的普及速度 ， 但是我们更要记住的是 ， 正是专利制度对于发明权的保护 ， 才能成为这些技术公司和技术人员孜孜不倦地推动技术革新的动力之源 。
此后三十多年 ， 真空电子管技术和工艺得到多次改良 ， 真空三极管技术也成为欧美几个大国重点争夺的“核心技术” 。 除了在无线电通信、广播领域的应用外 ， 真空电子管带来了全新的电子技术和最早的电子计算机 。
过渡：真空管的短暂“巅峰”时刻二十世纪初 ， 随着真空三极管的发明 ， 人们已经意识到可以实现电子信号传递和放大的三极管可以用于模拟计算 。
模拟计算的原理就是通过具体的电压值来表示物理世界的数量值 ， 再通过真空三极管这一的电子器件组成的系统 ， 按照加减乘除等数学运算法则来对电压进行变化 ， 最终得到一个同样用电压值表示的运算结果 ， 这样就使用电子器件完成了对物理世界的模拟和分析 。 这一器件被称为“运算放大器” ， 在此基础上 ， 人们研制出了电子模拟计算机 。
最早的真空三极管的信号放大作用 ， 被贝尔实验室用于电话通信中 ， 解决了弱信号的远距离传输问题 ， 但是放大器的增益仍存在不稳定的问题 。 1927年 ， 时年29岁的年轻工程师布莱克开始着手研究这一问题 ， 提出了负反馈放大器的解决方案 ， 并在1936年将负反馈放大器引用在电话机的放大线路中 。
至此之后 ， 负反馈放大器一直成为运算放大器的核心原理沿用至今 ， 并且使得利用电子信号进行数学运算真正得以实现 。
技术的突破带来硬件应用的加速 。 1941年 ， 贝尔实验室的卡尔·施瓦茨尔在布莱克的专利技术基础上 ， 设计出第一款商用的真空管运算放大器——加法器 。 同年 ， 德国人康拉德·楚泽使用了大量真空管 ， 制造出第一台可编程电子计算机 ， 能够在每秒内执行3-4次加法运算 。
1944年 ， 哈佛大学研究人员霍华德·艾肯在IBM总经理托马斯·沃森的支持下 ， 用机电方式研制出了MARK-1号计算机 ， 可以实现每秒200次以上的运算 。
二战时 ， 由于像快速计算火炮弹道等需要 ， 电子计算机有了非常现实的应用空间 。 1946年 ， 宾夕法尼亚大学的工程师埃克特和物理学家毛希利等人共同研制出了真正意义上的第一台通用型电子计算机——埃尼阿克（ENIAC） 。 这台使用了18000多只电子管 ， 重130多吨 ， 占地面积170多平方米 ， 每秒钟可作5000多次加法运算 。 之前的计算机需要2小时完成的40点弹道计算 ， ENIAC只需要3秒钟 ， 在当时堪称奇迹 。 钛媒体|芯片破壁者：从电子管到晶体管“奇迹”寻踪
本文插图
（1946年 ， 当时世界最先进的真空管电子计算机ENIAC）
ENIAC显示出电子计算机的巨大应用前景 ， 成为这一时期真空管电子计算机的最先进代表 。 在此基础上 ， 数学家冯·诺依曼对ENIAC作了关键改进 ， 完善了现代计算机的模型 ， 至今仍然是现代计算机的基础架构 。
不过 ， ENIAC因其庞大的体积、巨额的功耗、短暂真空管寿命以及由此带来的高检修率 ， 造成这一代真空管计算机难以实现获得快速升级和大规模普及 。 现实的需求呼唤技术的革新 ， 半导体材料的出现让技术的革新成为可能 。
出道即巅峰 ， 巅峰即落幕 ， 成为真空管电子计算机的宿命 。 很快 ， 晶体管的出现让新一代电子计算机登上了历史舞台 ， 并且一骑绝尘开启了我们熟知的“摩尔定律”的时代 。


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