MOS 6502设计者查克‧派朵离世 他如何改变了个人电脑和游戏业?


admin| 更新时间:2020-01-04 00:41|点击数:未知

1975年下半年,6502开始发售,售价25美元起,价格只有摩托罗拉6800和英特尔8080的不到六分之一,如此低廉的价格,让人们将信将疑。随后,人们意识到这是一场革命。

是什么让那个年代的计算机那么迷人?苹果创始人史蒂夫·乔布斯在1994年接受采访时这么说,“计算机领域有点像沉积岩,你在一座山里贡献了其中薄薄的一层,使山变得更加高耸。”

摩托罗拉敢将6800如此定价,是因为英特尔的8080微处理器就是如此。第一个广泛被采用的8位微处理器是英特尔8080,被很多1970年代晚期和1980年代早期的电脑中使用,通常是用来运行CP/M操作系统。

文曲星上的《英雄坛说》。

一切起源于派朵在近50年前对计算机平民化的努力,一颗处理器(CPU),后者的名字叫MOS 6502。

在6800推出前,没有直接竞争对手的情况下,英特尔垄断着蓬勃成长的电脑市场,而随后加入的摩托罗拉扮演着分食者,双方心照不宣维持着高价CPU策略,成为垄断市场的双寡头。

在芯片成熟,成本问题解决的同时,这促进了电子行业最繁荣的时代来临。

经典微处理器6800。

微处理器是一种极其复杂的集成电路,制造过程就如同用乐高盖房子一样,先有晶圆作为地基,再层层往上叠的芯片制造流程后,就可产出必要的集成电路芯片。

《英雄坛说》的诞生源于2001年金远见推出的CC800,这款机型在电子词典上支持自家的编程语言GVBASIC,可以编程,还可以用数据线下载应用和游戏提高电子词典的可玩性,这和现在应用商店的思路颇为相似。

当然,作为真正面向市场的第一代国产个人电脑,中华学习机当然也是第一代国产游戏机,不过近1000元的售价,让它不如小霸王流行。

经过一连串小有成功的计算机产品发布后,1982年,Commodore推出了公司史上最成功的个人电脑Commodore 64。这台计算机是基于MOS 6510,是原来的6502的一个增强版本。Commodore 64后来卖出了超过一千万台。

而派朵本人,在计算机这座山里正是贡献了那么薄薄但重要的一层。一系列悼念佩德尔的媒体报道中,“个人计算机先驱”是他最常被提到的尊称。

查克‧派朵1937年生于美国缅因州,早年曾在缅因大学求学并获得工程物理学位,成为一名电子工程师,其后加入通用电子(GE)任职。1973年,35岁的派朵加入摩托罗拉,负责向客户兜售6800微处理器。

客户蜂拥而至,在2006年1月的一次采访中,派朵讲述了6500系列芯片卖给雅达利的故事,这显示了芯片大规模生产带来的巨大成本优势。

很难想象,如果没有派朵的坚持和尝试,计算机普及的浪潮是否会推迟更久。但无疑,虽少为人知,他却是抓住时代潮流的英雄,其对个人电脑未来的构想业已成为现实。

无处不在

——Brian Bagnall,《Commodore: A Company on the Edge》。

早期采用的个人电脑处理器,如果追溯血统,有两个祖先,一家是英特尔,一家是摩托罗拉。摩托罗拉以无线通信起家,而通信设备对晶体管有巨大需求,所以摩托罗拉很早就进入半导体产业。

这促使其收购MOS,从而为Commodore带来在个人电脑这一全新市场上的价格优势。

雅达利希望派朵能为其供应6502和一枚I/O芯片(负责信号的输入输出),开价12美元,派朵同意了,因为他经过计算并预计,两块芯片的生产成本只要4美元。双方很容易达成共识,1978年12月,搭载MOS芯片的Atari 400和Atari 800正式推出。

8位微处理器一般都使用8位资料总线和16位位址总线,最大支持64KB内存,很多8位CPU或者微控制器都是今天普遍存在的嵌入式系统中的基础。

为了普及应用,MOS随即推出了6502的开发板KIM-1,可以用磁带录音机与外界通讯。这一配套成形的系统软硬兼备,买来即用,爱好者纷纷入手,在美国很受热捧。

如今,计算机已经不再是一个需要人们啧啧称奇的物件,个人电脑发展的半个世纪里,即使是流行如6502,其制造公司MOS也摆脱不了被收购而渐渐消失的命运。

Commodore 64。

集成电路芯片的生产规律之一是,当产品产量越大,成本就越能摊薄到更低。6502有一个指令流水线(在一条指令执行的同时,就预取下一条指令),从而性能显着优于摩托罗拉的6800。而且由于对制程工艺的要求相对较低,造成6502的良品率出奇的高。这都有利于6502提高性价比。

Commodore公司采用6502和KIM-1设计了个人电脑PET,PET很快流行起来。6502给当时执掌Commodore的领导人Jack Tramiel留下了极其深刻的印象。Commodore此前有电子计算器,但面临德州仪器的竞争,自己有芯片的德州仪器可以把计算器卖得更便宜。

6502和中国

6502的主要设计重点是功能和芯片尺寸。芯片尺寸是最重要的,因为它影响了制造成本,最终波及到售价,而销售价格是至关重要的,设计团队甚至放弃了一些功能来缩小尺寸。因为低廉的价格和更好的性能使得6502在微处理器市场竞争中脱颖而出。

当时的MOS公司成立于仅仅五年,有一家小型晶圆厂,最初为德州仪器设计计算器芯片并为雅达利制造街机。1974年,情况发生了巨大变化——随着新设计团队的加入,MOS从一家业务简单的外包生产公司转变成为一家芯片设计公司,团队的第一个项目是设计一款新微处理器。

电子宠物“拓麻歌子”。

正如美国山景城计算机历史博物馆馆长道格·费尔伯恩(Doug Fairbairn)所说:“查克‧派朵是个人计算机时代最伟大的无名英雄之一。几乎所有早期成功的大众市场个人计算机都是基于6502打造的,而不是来自英特尔,或其他任何公司。”

直到英特尔和摩托罗拉把自家芯片降价来应对6502,摩托罗拉把6800价格的价格一路下杀,降到69美元。人们才明白,原来答案不言而喻。

苹果那台著名的个人电脑Apple II,Commodore PET / VIC-20 / C64,Atari 800/2600,以及任天堂红白机,BBC Micro以及其他众多产品,都是围绕MOS 6500系列处理器构建的。

有人回忆:“在我初中的时候,开始在中华学习机上写汇编语言程序,当时把 6502 的指令集几乎都背下来了。”

为提高产能,MOS还将6502授权给了更多的生产厂商,使得6502大量出货,让摩托罗拉6800和英特尔8080苦不堪言,只得降价销售。到了1976年,6800已经被迫降价到35美元,相当于两年前上市价的1/10。

派朵将自己的想法告诉了摩托罗拉的高层,得到的回复却是“No”。当时,摩托罗拉醉心于通过其复杂的授权协议和服务合同来扩展6800在工业和商业领域的应用,对利润上可见微薄的廉价芯片并不感兴趣,管理层甚至叫停了派朵早期研发廉价芯片的尝试,因为担心这款芯片会冲击到6800的销量。

1975年8月,在6502推出时,美国的《电子工程时报》刊载了一篇对派朵的采访报道,题目为《我们是否需要一块20美元的微处理芯片?》,报道的开头是一连串疑问句:MOS Technology售价20美元的CPU芯片是不是烧钱换市场?若是,低利润会不会限制他们提供软件和服务?

6501可以直接在6800的电路板上换插,由此也引起摩托罗拉的法律诉讼。这场法律战的结果是,MOS推出针对6501引脚配置进行改变设计的6502处理器。两款处理器之间的差异极小,6501几乎没有向市场销售,但6502的引脚不再兼容摩托罗拉的6800。

伟大的产品后面总是不缺真真假假的有趣故事,MOS 6500也不例外,随派朵一起来到新公司的Bill Mensch是名强悍的电子工程师,参与了电路设计。根据科技史作家Brian Bagnall在《Commodore: A Company on the Edge》一书中撰写,Bill Mensch在芯片的电路设计和布局(Layout,指的是决定集成电路中的晶体管的位置。)中,完成了几乎不可能的一次布局成功。

Bill Mensch成立了一家名叫西方设计中心(Western Design Center)的公司,继续开发和制造基于MOS 6500系列微处理器,并进行生产授权。现在,除了怀旧,我们可以在数以亿计的工控计算机当中,见到6502的身影。

Bill Mensch。

可以说这块CPU陪伴了中国80后和90后的童年和少年时代。当年偷偷在课堂上掏出文曲星偷偷玩游戏、用“拓麻歌子”养电子宠物,在家玩小霸王,可能是一代人最美好的回忆。

对于文曲星,更多人的回忆在于其上搭载的角色扮演游戏《英雄坛说》和《伏魔记》。

但派朵并不满足于现状,嗅觉敏锐的他早就闻到了售价300到360美元的6800给市场带来的真空——是的,6800太昂贵了,贵到几乎没有人愿意在家里组装一台发着光、可以敲字的大盒子。

因此,在1974年6800上市后不久,不甘心的派朵离开摩托罗拉,带着早期设计方案转投竞争对手MOS Technology(MOS),一起出走的还有摩托罗拉的其他七名工程师,其中还一人名叫Bill Mensch。

当时,计划生产新游戏机的雅达利担心商业间谍,而将工程师们安排在距离洛杉矶数小时路程的一座偏远场所,而前去进行供货谈判的派朵,则是趁携妻度假的时候,“顺便”造访了这座秘密基地。

但没有设计图,拥有再强制造能力都没有用,因此,建筑师的角色相当重要,这需要合理的电路布局和多次修改测试,避开各种人为失误,让电路各层元件实现彼此完美连接。

想象一下,一颗英特尔酷睿2处理器内封装数亿个晶体管,这使得手工布局已经完全不可能,只能依赖计算机。但在40多年前,设计团队还没有计算机,Bill Mensch依靠手工完成了这点。

个人计算机革命

那时是台湾厂商努力山寨红白机的火热时代。有一说法,台湾厂商向大陆的小霸王们提供了数千万枚红白机芯片,而这枚芯片,正是以MOS 6502内核为基础打造的 UA6527,由台湾联华电子生产。

Commodore PET

流行文化也不乏对这款经典CPU的致敬,在动画《飞出个未来》中,那个刻薄的机器人主角Bender,它的大脑就安装了一块6502。这样设计的原因,则来自于动画编剧大卫·X·科恩早年摆弄Apple II编写游戏的经历。

那时候,大多数人还搞不清楚“CPU”是指的什么东西,对大多数人来说。微处理器芯片就是一些长着小小的金属针,标着看似随机的字母或数字的字符串的黑盒子。作为工程师,派朵经常被要求向福特等大型工业客户解释微处理器功能。在一番讲解后,客户通常对6800的潜力印象深刻,继而又对价格望而却步,“你希望卖多少钱,才会愿意买?” 派朵向他们问,答案是25美元。

2019年12月15日,电子工程师兼企业家查克‧派朵(Chuck Peddle)因胰腺癌过世,胰腺癌也是乔布斯病逝的原因。

在中国大陆,上世纪末红遍大江南北的中华学习机、小霸王游戏机和后来的文曲星都采用了6502 CPU。

Atari 2600

“令人难以置信的是,工程师没有发现Bill Mensch的布局中有任何错误。“他构造了七块不同的芯片而没有出错,” 派朵难以置信地说,“几乎所有事情都是手工完成的。当我告诉别人时,他们还不相信,但这是真的。这家伙独一无二,他是世界上最好的电路布局专家。”

随派朵离开摩托罗拉,加入MOS的工程师们。

要求很明确——生产出一款足够便宜、性能可靠的微处理器。通过改良工艺和改进生产,派朵和同事们的新芯片实现了简化设计,做出引脚与6800兼容而内部结构迥异的6501微处理器,也就是经典的6500系列。

这是因为早期的文曲星电子词典几乎都是6502单片机,在十年多年前的网络论坛上,就有电子词典公司员工发帖称,需要学习6502汇编语言。但他没想到的是,金远见此举,引发了国内一阵轰轰烈烈的编程热。

依托于《英雄坛说》的巨大成功,步步高和文曲星意识到了电子词典第二春不能只靠那点毫无吸引力的学习功能,游戏才是重中之重。在之后的时间里,两家厂商大力的鼓励开发者去开发更多能在自家电子词典上运行的游戏,比如步步高上的《金庸群侠传》、《三国霸业》、《侠客行》。

甚至你小时候沉迷过好一阵子的电子宠物蛋“拓麻歌子”,小小的身体里也有6500系列芯片的身影。在最风靡的两年里,它在全球的销量达到了4000多万只 。这个数字成功拯救了生产商万代当年濒临合并的财务危机,而《纽约时报》在1997年5月的一篇报道则用“入侵”这个词形容了拓麻歌子的火爆。

打破垄断的尝试

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中华学习机由中科院推出,仿制的是Apple II,因此与Apple II兼容,用途是帮助儿童学习电脑。“插上汉字系统和软盘驱动器接口电路的组件,再接上软盘驱动器,就可以构成一台功能较强,而且有汉字支持的微机系统”。

中华学习机。

京东商城

在动画《飞出个未来》中,那台刻薄的机器人主角Bender,它的大脑就安装了一块6502(屁股则是一块AMD速龙2)。

6800是当时的一款性能优秀的微处理器,就是太贵了,定价360美元。对当时的家庭来说,360美元是一笔巨款,按购买力计算,就是现在的2000多美元,而目前一台顶配iPhone 11也就不过1500美元。用这个价位的微处理器组装一台计算机,价格更是难以想象,因此只有公司和研究机构才能负担得起刚刚推出的6800。

客户的反馈意味着一个从未得到充分开发的新市场,如果微处理器的价格能降到50美金以下,一定能填补家用计算机这一片巨大的蓝色海洋,甚至能用到更广泛的工业用途实现廉价替代。“市场需要更廉价的芯片,”在2014年接受电脑历史博物馆采访时,派朵说。

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