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谁能想到这个儿童玩具,成就了德州仪器的DSP王国

2019-11-05 10:57
来源: 与非网

Speak & Spell 问世之前,除了开发它的四位工程师之外,几乎没有人认为它应该被引入。德州仪器 管理层认为该项目没有什么价值。当这四个人向全国顶尖的拼写教育专家描述这个产品时,他们给出的建议是放弃它。当他们试图去推销它时,家长们不屑一顾。

但是保罗·布里德洛夫、吉恩·弗兰茨、拉里·布兰廷汉姆和理查德·威金斯在设计它时玩得很开心,根本不想停下来。阴差阳错,他们忘了向德州仪器的管理层提及,他们的想法遇到了冷落,但幸运的是,在德州仪器的预算范围内,Speak & Spell 是德州仪器中唯一面向消费者的项目(另外两个是 CB 收音机和家庭计算机)。

谁能想到这个儿童玩具,成就了德州仪器的DSP王国

数字信号处理器原型:德州仪器 的 Speak & Spell "通过合成单个字母的声音,用户可以尝试使用小键盘拼写单词。最初的模型,发布于 1978 年,有一个爵士蓝的真空荧光显示屏,并使用 4 节 C 号电池。

幸亏在预算之内,在一次采访中,弗兰茨回忆说,团队可能忽略了低成本要求而适当支出一些东西,结果这事就成了,不是吗?

教育拼写玩具的基本思路来自布里德洛夫,布里德洛夫坐拥了天时地利。

布里德洛夫和弗兰茨曾参与 Little Professor 的开发,这是德州仪器在 1976 年推出的一种旋钮计算器。当时教育者认为在课堂上使用计算器是作弊行为。德州仪器,当时和现在世界上最大的计算器制造商之一,试图克服这一异议,并破解教育市场,该计算器可以用来创造一个缺解方程,学生有三次机会输入正确答案。

布里德洛夫还有一个正在学习拼写的女儿,他突然想到,教数学和教拼写之间有着基本的相似性。数学,就是你提出一个方程,学生来解方程,拼写,就是你说出一个单词,学生把它拼写出来。只是工具会有所不同,因为单词必须大声朗读。这显然需要将存储的单词转换为可听语音的技术。这种技术当时确实存在,但成本高昂,不适合消费市场。

但是,曾在德州仪器语音研究实验室工作过的布里德洛夫知道,该实验室的人,或许其他学者,即将创造不那么昂贵的语音合成技术。不过,还有另一个障碍,那就是这个拼写工具的语音合成功能需要大量的存储空间,这似乎非常荒谬。

他没有被吓住。相反,他开始组建一个团队,招募弗兰茨做系统设计师。布里德洛夫从语音处理实验室认识了威金斯,威金斯是布兰廷汉姆的好朋友,他是一名 IC 设计师,威金斯把布兰廷汉姆也拉到了团队里,然后布里德洛夫就去找德州仪器的管理层要研发资金。

弗兰茨解释道,这笔研发资金可没那么好申请,因为拟议产品的风险太高,潜在回报太低。但是,德州仪器当时还有一个为“疯狂的想法”提供资金的来源。拼写设备的风险非常高,“疯狂的想法”计划是最后的选择。他们需要做的就是说服一位高级德州仪器技术专家来支持它。幸运的是,布里德洛夫找到了这样一个人来支持他的提议,团队得到了 25,000 美元(在 2019 年大约值 10 万美元)。

谁能想到这个儿童玩具,成就了德州仪器的DSP王国

图源:吉恩·弗兰茨 / 德州仪器
[左起]吉恩·弗兰茨、理查德·威金斯、保罗·布里德洛夫和拉里·布兰廷汉姆。

他们于 1977 年初开始工作。他们的设计需要三个新的芯片:一个控制器,"巨大的"ROM,和一个单芯片语音合成器,这当时并不存在。当时被命名为 TMC0281 的合成器芯片将是世界上第一个语音合成芯片。

Speak & Spell 最终将包含 2 个 128kb 的 ROM 芯片,在当时最先进的是 16 kb。

该合成器基于一种称为线性预测编码(LPC)的语音编码技术。LPC 允许设备从相对较少的数据中生成整个单词的语音信号,这比仅存储单词本身的数字化录音所需的数据要小得多。使用 LPC 的想法来自威金斯,这是当时最前沿的语音处理算法,威金斯拥有哈佛大学应用数学博士学位,并曾在 Mitre 公司工作。威金斯认识几个 LPC 的先驱,在 20 世纪 60 年代在新泽西州的贝尔实验室以及日本的名古屋大学和 NTT 开发后,他们开始寻找商业应用。

合成器芯片运行数字信号处理逻辑,尽管它本身不是 DSP。弗兰茨表示,威金斯和布兰廷汉姆完全自己指定和设计了芯片,没有任何人的批准。德州仪器发热管理层没有要求项目需要任何报告的“漏洞”,这正好适合四个团队成员。在弗兰茨看来,正是管理层的缺乏"帮助",才给了威金斯和布兰廷汉姆找到成功设计所需的自由。他们做出了适当的妥协才能成就我们,弗兰茨说。

团队还可以选择工艺技术。除了互补的金属氧化物半导体(CMOS)技术外,还有其前代产品。负通道金属氧化物半导体(NMOS)在当时仍然被广泛应用。正通道金属氧化物半导体(PMOS)更不常见,也不快。

当时 NMOS 是高性能的,弗兰茨解释道。但是我们在低性能的 PMOS 中做了出来。因此,我们不仅设计了第一个语音合成设备,我们还在最差技术中做到了这一点。原因是,如果这些是消费品,那么 NMOS 对于消费者来说是极其昂贵的。ROM 也是用了 PMOS 来制作。

当 Speak & Spell 在 1978 年上市时,它立即受到唯一真正重要的选民——孩子们的欢迎。它似乎是帮助年轻人学习拼写的有效手段。最重要的是,Speak & Spell 有助于克服在教育中使用电子设备的阻力。

德州仪器公司直到 1983 年才生产出第一个数字信号处理器芯片,但是在 Speak&Spell 中实现 DSP 逻辑是一个非常重要的突破,它也帮助德州仪器在 DSP 领域取得了领先地位,公司在 40 多年后继续保持领先地位。

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