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中秋 | 月亮与芯片的渊源

2019-09-12
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中秋快乐

今年是人类登月五十周年,中秋节自然也平添了一份科技感。阿姆斯特朗能在月球上迈出的“全人类的一大步”,背后的关键技术之一就是芯片技术



在人类第一次完全由计算机完成导航的太空飞行中,芯片技术主要应用于控制中枢——阿波罗制导计算机,使其运行速度提升了2.5倍,所占空间减少了40%,乍看上去像一个61×32×17厘米的黄铜手提箱,重约30公斤——这在大部分计算机都要占据一整个房间的上世纪60年代,绝对算“微型”了。


当时,集成电路还是相对未经验证的技术。为了给计算机“瘦身”,麻省理工学院仪器实验室大胆选择放弃笨重的真空管,在阿波罗制导计算机中采用了将晶体管封装在一起的硅薄片,即硅芯片。每个芯片包含一对逻辑门,也就是进行逻辑运算的电路。阿波罗制导计算机使用了大约 5600 个这样的门电路来执行运算。虽然主频仅为2MHz,RAM、ROM的容量也不过是区区2K、36K,经历了严苛的温度、污染、震动等条件测试的芯片具有极高稳定性、抗辐射性等优秀性能。


导航计算机的封装集成电路


阿波罗制导计算机的存储并未使用芯片,而是采用了核心绳索存储器(Core Rope Memory)。存储器里有多个磁环,每个磁环对应一个bit。如果磁环里穿了导线就代表1,没有穿就代表0。这项工作由很多有经验的纺织女工完成,她们利用一种类似纺车的设备,再配上特别的毛衣针,将导线穿过对应的磁芯,像做针线活一样把确认无误的代码信息“编织”到了存储器里,制成虽然简陋但可靠的只读存储器。为此,一些NASA程序员开玩笑的称这种芯片为“小老太太存储器”(LOL Memory)。


女工正在制作核心绳索存储器


代表了当时最高科技水平的阿波罗制导计算机经受住了严峻考验。在登月舱载着两位宇航员降落到月球表面的最关键阶段,计算机在短短4分钟内因过度运转一共发出了5次紧急信号、进行了5 次重启,但高度可靠的硬件与具有开创性概念的软件程序相结合,最终保障了登月舱在一场虚惊之后正常返回月球轨道,与指令/服务舱完成对接。


阿波罗登月的成功无疑加速了其“功臣”芯片技术的革命以及产业发展,半导体公司扎堆的“硅谷”也经由1971年的一篇新闻报道而广为人知。1982年,赛普拉斯在半导体蓬勃发展的浪潮中诞生,总部就设在硅谷,开始为最先进的嵌入式系统提供核心的高性能、高品质解决方案,为汽车、工业、智能家电、消费电子、医疗设备等领域客户的创新发展提供支持。


聊完这段月亮与芯片的故事,赛普拉斯提前祝大家中秋佳节阖家欢乐!


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