芯片战争-25：硅周期的力量，从真空管大型机到晶体管大型机
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中国半导体产业的思考—随笔之《芯片战争——亮剑！国运之战》
芯片战争25—硅周期的力量，从真空管大型机到晶体管大型机
（黎明之前，1950-1959年）
从真空管计算机到全晶体管计算机的发展历程；1954年全球第一台全晶体管计算机TRADIC，服务美国空军，使用700个晶体管和1万个锗二极管，每秒可执行1百万次逻辑操作，功率仅100瓦。1964年哈军工441-B是新中国第一台晶体管计算机。
第二章 黎明之前
第十一节：硅周期的力量，从真空管大型机到晶体管大型机
1954年，贝尔实验室大型计算机TRADIC诞生，这正式标志着全球第一台全半导体晶体管化大型计算机诞生了。
这一时期，半导体晶体管技术逐步应用于大型计算机并取代电子真空管的研制过程中，从部分晶体管计算机，到晶体管计算机的原型机，再到全晶体管计算机正式诞生，最后到全面普及全晶体管化计算机，这一过程从上世纪50年代到60年代，不超过十年时间，新生的半导体晶体管技术非常快速、直观的展现了其功耗低、体积小等优秀特征以及强大的技术生命力。
从电子真空管大型机到半导体晶体管大型机的发展历程，是全球半导体硅含量提升周期之历史性的大趋势。
早在1950年4月，美国国家标准局，采用了拉塞尔.科尔西（Russell A Kirsch）发明的
东方自动计算机（Eastern Automatic Computer，SEAC），其中采用了10500个半导体锗二极管和747个电子真空管。这台计算机是全球第一台可编程的计算机，开始部分采用了半导体晶体管技术。
图：美国国家标准局采用的部分晶体管计算机—SEAC
除了SEAC外，拉塞尔.科尔西（Russell A Kirsch）还有一个很重要的发明，那就是在1957年发明了今天广泛使用的扫描仪。
1953年11月16号，曼彻斯特大学的TomKilburn、Richard Grimsdale和Douglas Webb等人与大都会维克斯（Metropolitan-Vickers）公司，共同成功研制了一台晶体管计算机的原型机，这是一台48位的大型计算，采用了92个点接触式晶体管和550个二极管，这是全球第一台全晶体管计算机的原型机——Manchester TC。
MetropolitanVickers Electrical Company（大都会维克斯电气公司），这家英国重型电气工程和设备制造商大都会维克斯电气公司，也称为Metrovick，于1919年从西屋公司的一个子公司独立出来的。
1945年后，该公司扩展到电子系统领域，与曼彻斯特大学的进行技术合作，该公司生产了第一批过渡商业计算机。大都会维克斯电气公司电子计算机部门，今天属于Marconi公司的一部分。
图：第一台晶体管计算机的原型机——Manchester TC
Manchester TC由STC公司进行制造，并装备于国际电话电报公司（ITT）在英国的国际长途电话中继线设备中。
RichardGrimsdale（理查德.格里姆斯代尔），1929年9月18日至2005年12月6号。
理查德.格里姆斯代尔出生于澳大利亚，父母是英国人，他在英国曼彻斯特大学获得电子工程学士和博士学位。他在剑桥大学EDSAC机器上学习了计算机编程，并回到曼彻斯特。
1953年，他与道格拉斯.韦伯（DouglasWebb）一起开发了第一台晶体管计算机。后来，他与大都会维克斯（Metropolitan-Vickers）的工程师合作建造了全球第一台商用化的晶体管计算机MV950计算机，并在20世纪70年代加入了一家后继公司—联合电气工业公司，从事自动化系统的工作。
从1967年起到退休，格里姆斯代尔一直在苏塞克斯大学担任电气工程教授。
DouglasWebb（道格拉斯.韦伯），道格拉斯.C.韦伯1929年出生于加拿大，1954年在英国曼彻斯特大学获得电气工程硕士学位。1953年底，他与理查德.格里姆斯代尔合作建造了一个曼彻斯特马克1号的计算机的版本，这被认为是第一台基于晶体管的操作机器。
1962年，他搬到马萨诸塞州的福尔茅斯，加入伍兹霍尔海洋研究所。1982年，韦伯从世界卫生组织退休，成为高级研究专家，成立了韦伯研究公司（WRC），开发用于海洋研究的专用仪器。
1954年，贝尔实验室，成功开发了第一台全晶体管化的计算机TRADIC，这台设备主要为美国空军服务，使用了大约700个晶体管和1万个锗二极管，每秒钟可以执行1百万次逻辑操作，功率仅为100瓦。
图：贝尔实验室开发的第一台全晶体管化计算机—TRADIC，采用了700个晶体管和1万个锗二极管
TRADIC，全名为晶体管电子计算机(TransitorDigital Computer，TRADIC)，这是真正意义上的全晶体管化计算机，由贝尔实验室的吉恩.费尔克（Jean H. Felker）和JamesR. Harris等人设计制造的。
随后，美国军方采用了其结型晶体管的简化版（飞行版本TRADIC），以取代了C-131飞机导航和轰炸控制的模拟计算机。
JeanH. Felker（吉恩.费尔克），1919年3月14日至1994年2月27日。
吉恩.费尔克生于美国伊利诺伊州Centralia，1941年获得美国密歇根州圣路易斯华盛顿大学的理学士学位。
1942年，第二次世界大战期间，他受命加入美国海军，后来在英国学习雷达技术，并在新泽西州蒙茅斯堡服役，直到1945年战争结束。
战争结束后，他加入了新泽西州惠普潘尼（Whippany）的贝尔实验室的军事系统实验室。1950年，他向美国军方游说和演示了使用点接触晶体管的计算机逻辑电路，这促使了美国空军签订了建造TRADIC的合同，TRADIC是美国第一台晶体管化计算机。
计算机历史博物馆曾经这么评价吉恩.费尔克：
Jean H.Felker领导的贝尔实验室团队包括工程师JamesR.Harris，他于1954年为美国空军设计和建造了一台全晶体管计算机，名为TRADIC（TransistorDigital.）。包括大约700个点接触晶体管和10000多个二极管，原型机工作在1兆赫，同时需要不到100瓦的电力。使用结型晶体管的轻型机载版本（Flyable TRADIC）取代了用于C-131飞机导航和轰炸控制的模拟计算机。
上个世纪60年代，吉恩.费尔克领导并参与于美国NASA的通讯卫星Telstar的研制工作。
美国国家航空航天局曾经评价到，“很难高估Telstar带来的革命的实践重要性以及它体现文化时代精神的方式”。Telstar通讯卫星，被吉恩.费尔克称之为“太空中的小洋葱”。
美国国家航空航天局网站进一步的介绍：
虽然只运行了几个月，并转播了短暂的电视信号，Telstar立即get到了全世界的想象。第一张照片，约翰.F.肯尼迪总统和法国歌手伊夫.蒙特德的照片，还有体育赛事的剪辑，在微风中飘扬的美国国旗的照片，还有拉什莫尔山的静止照片，都是今天人们认为理所当然的全球交流的先驱。
图：Jean H. Felker（吉恩.费尔克）手里拿着被称之为“太空中的小洋葱”—Telstar的模型
1981年退休前，吉恩.费尔克曾任新泽西贝尔电话公司运营副总裁、贝尔实验室软件和处理器技术副总裁。
JamesR. Harris（詹姆斯.哈里斯），1954年，工程师詹姆斯.R.哈里斯与J.H.费尔克在新泽西惠普潘尼合作设计和建造贝尔实验室第一台晶体管计算机TRADIC。
在项目中，哈里斯主要负责可靠性测试和认证，他为开发可靠性方面的工作作出了重要贡献，这些可靠性的测试信息使美国军方确信这种新技术（晶体管计算机）可以满足他们苛刻的应用环境。
图：James R. Harris（詹姆斯.哈里斯）
1983年，詹姆斯.哈里斯从贝尔实验室退休。
数十年后，哈里斯（Harris）为IEEE计算机史撰写一篇回忆录，在回忆录中他描述了TRADIC项目的开发历程和其他相关经验，这篇回忆录的报告以《最早的固态数字计算机》为标题，刊登在《IEEE计算史年鉴》第21卷第4期（1999年10月-12月）第49-54页。
1955年，美国在阿塔拉斯洲际导弹上装备了以晶体管为主要元件的小型计算机。10年以后，在美国生产的同一种型号的导弹中，由于改用集成电路元件，重量只有原来的1/100，体积与功耗减少到原来的1/300。
1956年4月，美国麻省理工学院，林肯实验室的高级发展小组，William Papian带领团队建设了一台5Mhz的通用数字计算机，采用了PHILCO公司生产的高速锗开关晶体管，这台计算机又称之为TX-0，也即是晶体管计算机的实验性型号。
1955年，IBM公司成功开发了包含2000个晶体管的商用计算机，这是IBM公司第一次将半导体晶体管技术引入到自家的商业计算机中。
图：IBM公司RAMAC超级计算机—IBM305，第一台带有硬盘的计算机
1956年9月13日，IBM公司推出了RAMAC超级计算机，RAMAC其字母代表“计算和控制的随机访问方法”。这台计算机是全球第一台带有硬盘驱动器的超级计算机——IBM305型号。
图：IBM公司RAMAC超级计算机—IBM305所配置的硬盘1
305型RAMAC是IBM最新的部分晶体管化计算机之一，一共累计生产了1000多台。
存储堆栈：1956年IBM公司的305随机存取存储器记帐系统（RAMAC）推出了世界上第一个硬盘驱动器。它有50个60厘米的磁盘以每分钟1200转的速度旋转，可以容纳500万个字符的信息，相当于62500张穿孔卡片。外形上，让人想起自动点唱机，这个驱动器有一个气动的“访问机制”，可以选择一个特定的磁盘，以每厘米40比特的速度进行录制。到1958年，IBM为每个系统中的额外存储提供了第二个磁盘堆栈，并配备了一对访问臂。
图：IBM公司RAMAC超级计算机—IBM305所配置的硬盘2
随后，小沃森向各地IBM工厂和实验室发出指令：“从1956年10月1日起，我们将不再设计使用电子管的机器，所有的计算机和打卡机都要实现晶体管化。”
1958年，美国的IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机RCA501型。由于第二代计算机采用晶体管逻辑元件，及快速磁芯存储器，计算速度从每秒几千次提高到几十万次，主存储器的存贮量，从几千提高到10万以上。
1959年，IBM公司又生产出全部晶体管化的电子计算机IBM7090。
1961年，世界上最大的晶体管电子计算机ATLAS安装完毕。
这一时期，中国人康鹏和新中国的第一台晶体管计算机——哈军工的441-B型，于1964年发明。
哈军工的“441-B”是新中国第一台晶体管计算机，也是中国首次自主创新且实现工业化批量生产的计算机，它应用在“两弹一星”、歼六、海军、空军、二炮，以及中国电信、大庆油田，以生产100余台的数量创造了当时的全国第一。
而当时仍在哈军工的康鹏发明的“隔离阻塞一推拉触发器电路”是441-B型的核心部分，后被称为“康鹏电路”。
图：康鹏发明的“隔离阻塞一推拉触发器电路”，图1
441-B机总共有三个型号，441-BI是考核鉴定的第一台计算机。441-BII，培训班仿制11台，天津电子仪器厂接产30多台。441-BIII，四海厂生产3台，天津电子仪器厂生产50台；还有441-D，天津电子仪器厂生产4台，441-C（数字高炮指挥仪）数台。
图：康鹏发明的“隔离阻塞一推拉触发器电路”，图2
441-B计算机应用在“两弹一星”、海军、空军、二炮和国防院校。早在1964年9月29日，国防科委就批复西安军事电讯学院、北京工业学院、上海交通大学、成都电讯工程学院、西北工业大学和三机部六院一所（601所）、六机部七院六所（706所）等七单位复制441-B晶体管计算机。1965年3月1日至4月17日，国防科委在哈军工举办计算机培训班。
图：中国第一台晶体管计算机——哈军工的“441-B”
1965年4月，国防科委再次指示哈军工复制三台441-B晶体管计算机，供三个试验基地的紧急需要。当年底，第一台计算机运往核试验基地；1966年10月，第二台机器运往20基地；11月，第三台机器运往兵器试验基地，三台机器都发挥了重要作用。
另外，海军葫芦岛试验基地的441-B机则是上海交通大学仿制的，1967年8月运行。这台计算机扩容之后基本满足了试验数据事后处理要求，完成多项试验任务，从此结束手工计算作业，贡献巨大、直到20世纪80年代初，微机出现之后441-B才退出现役，海军葫芦岛试验基地还安装了天津电子仪器厂生产的441-D遥测数据处理专用机。
441-B通用计算机还有一个专用机的变种：就是441-C型数字高炮射击指挥仪。在1972年6月12日的射击对比实验中，国产441-C型数字高炮射击指挥仪彻底击败仿苏联的六型指挥仪。现场炮兵副司令员孔从洲握着康鹏的手激动的说道：“老康，打得太好了！了不起啊！你是我们炮兵数字指挥仪的鼻祖啊。”
后来，441-C型数字高炮射击指挥仪定型为59式57-1数字式高炮指挥仪。
1958—1964年，这一时期，全球半导体晶体管电子计算机经历了大范围的发展过程。从印刷电路板到单元电路和随机存储器，从运算理论到程序设计语言，持续不断的科技红利创新和技术革新使得晶体管电子计算机日臻完善，强有力的驱动着全球半导体硅含量提升周期的发展趋势。
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