Microprocessor之發明者

Hoff 認為為電腦包含 12 個自訂晶片是瘋了，所以他創造了 Intel 4004微處理器

Ted Hoff 是電子產業的傳奇人物。當他在當時位於 Mountain View 的 Intel Corp. 擔任研究經理時，他意識到矽技術已進步到一個程度，只要精心設計，一個完整的 central processor 就能裝進一顆晶片。他與 Stanley Mazor 和 Federico Faggin 合作，創造了第一款商業 microprocessor——Intel 4004。

但對 Hoff 而言，microprocessor 只是他長期對電子學熱情軌跡上的一個小插曲。這份熱情帶領他從 New York City 的二手電子商店，進入頂尖大學實驗室，經歷 microprocessor 革命的激烈早期歲月，以及 video game 產業的動盪，最終成為今日的高科技私家偵探。

在他童年早期，Hoff 就發現理解事物運作原理是讓自己不再像個孩子、變得更有力量的最佳方式。他從化學開始探索。12 歲時轉向電子學，使用從 Allied Radio Catalog 訂購的零件、短波收音機套件，以及從父親任職的 General Railway Signal Co.（位於 Rochester, NY）垃圾堆中撿來的剩餘 relays 和 motors 來製作東西。高中時，他主要使用二手零件建造了一台 oscilloscope，這項成就讓他獲得 General Railway Signal 的技術員工作。

在 Rensselaer Polytechnic Institute（Troy, N.Y.）攻讀本科期間，他利用假期回到該職位。幾個夏天一開始，Hoff 走進 General Railway 實驗室，發現研究人員的兩台最佳 oscilloscopes 壞了。他會修復最先進的 Tektronix 545s，然後轉向更有趣的項目，例如發明音頻頻率 railroad-train tracking circuit 和 lightning protection unit，這讓他在青少年時期就獲得兩項專利。

Hoff 回憶，這份工作的最大好處是能接觸到 1950 年代大多數工程學生預算之外的零件——例如 transistors，甚至剛推出的 power transistor。他以 transistors 用作 switches 為題完成本科論文，並以贏得的獎金迅速購買了自己的 Heathkit scope。

從 12 個晶片到一個 Microprocessor

Hoff 接觸的一群客戶來自 Tokyo 的 Busicom Corp.。Busicom 聘請 Intel 開發一套用於低成本 calculator 的 custom chips，並派三名工程師到 Santa Clara 進行 chip designs。Hoff 被指派照顧他們，提供鉛筆和紙，帶他們去 lunchroom——沒有技術性工作。

但 Hoff 的技術頭腦沒有關機鍵，他很快得出結論，這些工程師走錯方向。12 個晶片，每個超過 3000 個 transistors 和 36 個 leads，用來處理 calculator logic 和 controls 的不同元素，他推測僅 packaging 成本就超過目標零售價。Hoff 對這個小 calculator 的複雜度感到震驚，相較於他當時在另一項目使用的 PDP-8 minicomputer 的簡單，他認為一個能處理 calculator 功能的簡單電腦可以用約 1900 個 transistors 設計。鑑於 Intel 的先進 MOS process，所有這些他覺得都能放在單一晶片上。

坐在露台桌旁的男人，旁邊坐著一隻大狗。桌上放著 laptop 和 coffee mug。

Marcian E. “Ted” Hoff

Busicom 工程師對放棄他們的設計轉而採用 Hoff 未經證實的提案毫無興趣。但在 Noyce 的祝福下，Hoff 開始投入該項目。很快，當時在 Intel 的研究工程師 Mazor 加入，他倆追求 Hoff 的想法，開發一個可以用約 2000 個 transistors 實現的簡單 instruction set。他們展示，這一套 instructions 可以處理 decimal addition、scan keyboard、maintain display，以及 Busicom 設計中分配給不同晶片的其他功能。

1969 年 10 月，Hoff、Mazor 和三名日本工程師與來訪的 Busicom 管理層會面，描述他們的分歧方法。Busicom 管理層選擇 Hoff 的方法，部分原因是，Hoff 說，他們理解該晶片除了 calculator 外還有各種應用。該項目內部代號為「4004」。

Federico Faggin，現為 Synaptics Inc.（San Jose, Calif.）總裁兼執行長，被指派設計晶片，九個月內完成 4-bit、2300-transistor「microprogrammable computer on a chip」的運作原型。Busicom 在 1971 年 2 月收到第一批裝置。

Faggin 回憶，當他開始實現 microprocessor 時，Hoff 似乎對項目失去興趣，鮮少與他互動。Hoff 已在進行下一個項目，為 Computer Terminals Corp.（San Antonio, Texas）進行 8-bit microprogrammable computer 的初步設計，由 Computer Terminals 架構，命名為 8008。Faggin 告訴 Spectrum，Hoff 總是「必須做最前沿的工作」。「我能看出他內心的緊張，總是要站在正在發生事情的最前沿。」

在 Intel 早期，Mazor 回憶，Hoff 有許多項目想法，許多雖然未商業成功，但極具遠見：一個像 digital camera 一樣捕捉影像到 memory 的 RAM chip、一個有移動 spaceships 的 video game、一個用於 programming erasable programmable ROMs 的裝置，以及用於 logic simulation 的 computer-aided design tools。

Intel marketing department 估計 [microprocessors] 銷售可能一年僅 2000 個晶片。

與此同時，microprocessor 革命正在緩慢啟動。Hoff 加入 Faggin 成為 microprocessor 傳教士，試圖說服人們 general-purpose one chip computers 有意義。Hoff 說他最難推銷的是 Intel marketing department。

「他們對這個想法相當敵視，」他回憶，原因有幾個。首先，他們覺得 Intel 能製造的所有晶片多年內都會給一家公司，沒必要向其他人 marketing。其次，他們告訴 Hoff，「我們有 diode salesman 在外面拚命賣 memories，你卻要他們賣 computers？你瘋了。」最後，他們估計銷售可能一年僅 2000 個晶片。

但消息傳開了。1971 年 5 月，Datamation 雜誌一篇文章提到該產品，次年 11 月 Intel 在 Electronic News 刊登 4004 CPU 的第一則廣告。到 1972 年，關於被稱為 microprocessor 奇蹟的故事開始定期出現在媒體，Intel 的競爭對手紛紛推出自己的 microprocessor 產品。

Hoff 從未考慮為 microprocessor 申請專利。對他來說，這項發明似乎是 obvious。

當時 Hoff 沒有採取的一步是申請專利，儘管他已成功獲得數項發明專利。（後來，他與 Mazor 和 Faggin 申請並獲得「memory system for a multi-chip digital computer」專利。）

回顧過去，Hoff 回憶當時從未考慮為 microprocessor 申請專利。對他來說，這項發明似乎是 obvious，而 obviousness 被視為拒絕專利申請的理由（不過，Hoff 苦澀地說，專利局現在似乎忽略這條規則）。對 Hoff 來說顯而易見的是，如果一年內可以用 100 個晶片上的 1000 個 circuits 建造電腦，下一年就能把 1000 個 circuits 放在 10 個晶片上，最終 1000 個 circuits 就能建在單一晶片上。

Hoff 沒有申請專利，而是於 1970 年 3 月在 1970 IEEE International Convention 會議記錄中發表文章，指出：「MOS technology 提供的 vast circuit complexity 使 very small computers 的設計有了全新方法。用 1000 到 6000 個 MOS devices per chip，一個 entire central processor 可製作在 single chip 上。」

但在 1970 年 12 月，semiconductor industry 之外的獨立發明人 Gilbert Hyatt 申請了一項 processor 專利，並提到它將製作在 single chip 上。1990 年，經過多次上訴和延期，Hyatt 獲得該專利，並開始向許多 microprocessor 製造商收取 royalties。目前，雖然歷史將今日的 microprocessor 追溯到 Hoff、Mazor 和 Faggin，但法律權利屬於 Hyatt。

Codec 的發明

雖然 microprocessor 是他最著名的成就，但 Hoff 不認為它是最大的技術突破。他將此榮譽留給 single-chip analog-to-digital/digital-to-analog coder/decoder (codec)。

「那項工作才是令人興奮的技術挑戰，」Hoff 帶著些許得意回憶，「因為有那麼多人說它做不到。」

該項目由 Noyce 啟動，他發現 telephone industry 適合新技術，並敦促 Hoff 為該市場找到重要產品。研究 telephone communications 後，Hoff 和幾位研究人員發現，當時 central offices 之間使用的 digitized voice transmission 依賴複雜昂貴的 codecs，連接 electromechanical switches。

「我們認為，」Hoff 告訴 Spectrum，「我們可以把 analog-to-digital conversion 整合到晶片上，然後用這些 circuits 作為 switching 的基礎。」

除了降低 telephone company 的系統成本，這類晶片還能讓公司建造處理 electronic switching 的小型 branch exchanges。

Hoff 和他的團隊開發 multiplexed approach to conversion，一個 converter 由 transmit 和 receive channels 共享。他們還建立許多 conversion 和 decoding 技術，Hoff 認為這些並非 obvious，並因此獲得專利。

該項目於 1980 年完成，歷時六年，轉移到 Intel 在 Chandler, Ariz. 的製造設施後，Hoff 成為 Intel Fellow，可自由追求感興趣的技術。他感興趣的是回到 Stanford 時的 adaptive structures 工作，將其概念與 microprocessor 的力量結合，用於 speech recognition。一年後，他建造了一個 Intel 行銷數年的 recognition system。

該系統的主要客戶是 automotive industry。檢查員用它在汽車離開 assembly line 時檢查。當檢查員大聲指出需要修復的問題時，系統會提示進一步資訊，並將回應記錄到電腦。

從 Intel 到 Atari

雖然 Intel Fellow 的職位給 Hoff 相當自由，但他發現自己開始厭倦。到 1983 年，Intel 在 microprocessors 的成功使它成為 chip supplier，其他公司將晶片設計進 systems。

「我一直對 systems 比 chips 更感興趣，」Hoff 說，「我在 Intel 待了 14 年，而當時 Silicon Valley 公司在一家公司的平均待期是三年。我早就該離開了。」

再次，Hoff 還沒超出考慮離開 Intel 時，一份新工作找上門。Atari Inc.（Sunnyvale, Calif.），當時由 Warner Communications Inc. 擁有的蓬勃 video game 公司，也是 microprocessors 的主要用戶，正在尋找 corporate technology 副總裁。1983 年 2 月，討論 Atari 研究人員追求的想法範圍後，Hoff 抓住機會。

Intel 從一開始就有結構化、高度控制的文化。在 Atari，則是 chaos 主宰。

Intel 從一開始就有結構化、高度控制的文化。在 Atari，則是 chaos 主宰。Hoff 管轄 Sunnyvale、Los Angeles、Grass Valley, Calif.；Cambridge, Mass.；以及 New York City 的研究實驗室。研究人員致力於 picture telephones、joggers 的 electronic aids、提供 tactile feedback 的 computer controls、類似今日 virtual reality 的 graphical environments、digital sound synthesis、先進 personal computers，以及透過 FM sidebands 的 software distribution。

但 Hoff 還沒來得及了解所有進行中的研究項目，video game 業務就發生廣為人知的崩盤。缺乏穩固內部控制，Atari 無法確定遊戲在零售點的銷售情況，distributors 退回數十萬個 cartridges 和 game machines。Hoff 開始每月接到裁員命令。

「如果我知道必須裁減到，例如，我團隊的四分之一，那還好，」他告訴 Spectrum。「但當每月發現必須再裁一塊，morale 真的下降。」

1984 年 7 月，Hoff 參加高中 30 年同學會時，Warner 將 Atari 賣給 Jack Tramiel。Hoff 必須選擇：說服 Tramiel 他能在專注狹隘、不資助 futuristic research 的公司發揮作用，或讓 Warner 買斷他的合約。他選擇後者。

回顧過去，當時在 Atari 的大多數人現在都視之為黑暗時期。但 Hoff 回憶在那裡的一年是愉快且最終有用的經驗。「也許我比應有的更正面看待它，」他說，「但它對我來說是很好的過渡，現在的生活非常美好。」

「當你在處理一個問題時，總有另一個問題在那邊看起來更有趣。」

—Hoff

他現在一半時間當 consultant，一半追求自己設計的技術項目——machine tools 的 readout device、各種 frame grabbers、pattern recognition，以及 analog-to-digital conversion 技術。這種多樣化 schedule 對他來說完美。他一直覺得自己是 generalist，難以專注單一技術。

「我很容易分心，」他說。「當你在處理一個問題時，總有另一個問題在那邊看起來更有趣。但現在更可能是我自己的項目延遲，而不是對其他人及其就業至關重要的東西。」

Faggin 對這種 independent work 吸引 Hoff 並不意外。「他從不是 gregarious 型，」Faggin 說。「他喜歡 introverted work，思考，找出新東西。這是他擅長的。我一直對他能當場 visualize 新 IC 的 architecture 印象深刻。」

「他一個接一個想法，一個接一個情境。我認為如果他想，Ted 可以坐下來每月 crank out 一項專利。」

—Gary Summers

Teklicon Inc.（Mountain View）總裁兼執行長 Gary Summers 說：「他一個接一個想法，一個接一個情境。我認為如果他想，Ted 可以坐下來每月 crank out 一項專利。」

「毫無疑問，他是 genius，」Mazor 表示。Summers 欣然同意。

Hoff 在 Atari 後的第一個項目是 voice-controlled music synthesizer，當有人唱歌進去時，發出選定樂器的聲音。Hoff 的最大貢獻是確保輸出音符 in tune，或至少 harmonically complement 旋律，即使歌手走調。他為此系統獲得另一項專利，該 gadget 透過 Sharper Image catalog 短暫銷售，但從未大紅。

Hoff 仍偶爾貢獻 product designs。然而，在 Teklicon，他是 vice president 兼 chief technical officer，大多數 consulting 是為 lawyers 服務。Hoff 擁有 electronic design 的長期經驗與長期 pack rat 習慣的獨特組合。他的 home workshop 包含約八台不同品牌與年代的 personal computers、五台 oscilloscopes（包括 vintage Tektronix 545 scope）、15000 個 inventoried and filed 的 ICs，以及從 1960 年代開始的 IC data books 滿載的架子。

「如果我的 washing machine 壞了，我叫 repairman。大多數 clever engineers 會買 replacement gear 並安裝。Ted 能從基本原理分析 gear 失敗原因，redesign 更好的 gear，從木頭雕刻，在家 casting，在 lathe 上 dynamically balancing 後安裝。」

—Mazor

當 lawyer 給他看 patent disclosure，即使是數十年前的，他能判斷當時是否能「reduced to practice」，以及是否提供足夠資訊讓「one of ordinary skill in the art」practice the invention。然後他能用 collection 中的 vintage components 建造 model 證明結論，並在法庭上作為 expert witness 展示 model。這種 model-building 可能非常基本。在 Spectrum 拜訪時，Hoff 為最近法庭 demonstration 試圖生長的 Rochelle salt crystals 散落 workshop 地板，旁邊是他用來製作 model cases 的 metal-working equipment。

Hoff 視這種深入 basics 的能力為優勢之一。「我將事物與 fundamental principles 聯繫，」他說。「不質疑問題假設的人往往解決錯的問題。」

Mazor 說：「如果我的 washing machine 壞了，我叫 repairman。大多數 clever engineers 會買 replacement gear 並安裝。Ted 能從基本原理分析 gear 失敗原因，redesign 更好的 gear，從木頭雕刻，在家 casting，在 lathe 上 dynamically balancing 後安裝。」

法律 detective work 吸引 Hoff 的另一原因是：它給他藉口在 flea markets 和 electronics stores 尋找有趣的「antique」components。

Hoff 無法討論他參與的 patent cases 細節。最近幾個在 video game 領域；其他涉及各種 IC companies。在多起案件中，Hoff 確信己方正確，但仍輸了，因此當 microprocessor 專利授予 Hyatt 時，他並不意外。（不過，獎項頒發後，他確實坐下來根據 Hyatt 的 patent application 試圖設計運作的 microprocessor。他發現幾個 incongruities——例如 clock rate 只適合 bipolar technology，但 logic 只能用 MOS technology 實現，且 logic 需要太多 transistors 無法放在晶片上，在他看來證明該獎項錯誤。）

看到別人獲得 microprocessor 的 credit，特別是最近媒體報導，「令人惱火，」Hoff 告訴 Spectrum，「但我不會讓它困擾我，因為我知道我做了什麼，我知道我們項目其他人做了什麼，我知道 Intel 是什麼樣的公司。我知道我身處 action 中心。」