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DSP先驱|被外星人点石成金的玩具

1982年 电影E.T.上映

外星人指尖触屏的玩具 被永远定格

如同被赋予来自外太空的力量

现实生活中 它成为半导体行业的一颗种子

孕育出一项伟大的信号处理技术

温故知新 追根朔源

全文共1550字 阅读时长约8分钟

Speak & Spell 

1978年上市的单词语音拼写玩具

配备爵士蓝显示屏与4节C号电池

但它却是数字信号处理器(DSP)原型

成就德州仪器在半导体行业领袖地位

缘起:灵感来自多一秒的思考

1976年,美国教育界认为课堂上使用计算器是作弊行为。德州仪器合作计算器制造商,试图克服该异议,于是定制出一款旋钮计算机,可用来创造缺解方程,学生有三次输入正确答案的机会。

计算器业务现归属TI Education Technology

德州仪器工程师布里德洛夫,联想到数学和拼写之间的相似性:数学,提出方程,学生来解;拼写,就是你说出单词,学生拼写出来。只是与计算器不同的是,单词需要利用语音输出。而如何将存储的单词转换为可听语音?这种技术当时确实存在,但成本高昂,不适合消费市场。

但曾就职于语音研究实验室的布里德洛夫坚信,应该会找到不那么昂贵的语音合成方案。

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

于是,他招募做系统设计的弗兰茨,在语音处理实验室的同僚威金斯,以及从事IC设计的布兰廷汉姆,正式成立Speak & Spell项目团队,并向德州仪器管理层上报,同时,启动研发资金申请流程。

挑战:不被看好且资金短缺

项目成立之初,除团队四位工程师外,几乎不被任何人看好,其中包括德州仪器管理层。当他们向顶尖的拼写教育专家介绍这个产品时,给出的建议是放弃。当他们试图去推销它时,家长们不屑一顾。

被官方认为是1970s'最具代表性的创新

Speak & Spell项目在德州仪器边缘化地位,导致其在推进过程中未受到管理层特别关注,正因为如此,团队可完全按照既定方案,对芯片与产品进行研发与生产。

资金申请方面,由于Speak & Spell是德州仪器内部为数不多直接面向消费者的项目(注:另外两个是收音机与家庭计算机项目),因此被管理层认为风险较高,且潜在回报过低。

幸运的是,团队说服德州仪器内部某位高级技术专家为其背书,最终获得25,000美元的项目资金。

攻关:兼顾工艺与市场的芯片组

1977年项目启动,团队在技术方面的首要挑战是设计三组芯片:控制器,"巨大的"ROM以及单芯片语音合成器。

Speak & Spell Inside 图源 | HASTAC

合成器方面,团队采纳金斯的想法,利用当时最先进的语音处理算法——LPC(线性预测编码),允许设备从相对较少的数据中生成单词的语音信号,比仅存储单词本身的数字化录音所需空间要小得多。

值得一提的是,威金斯拥有哈佛大学应用数学博士学位,他认识的LPC先驱,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成功开发该技术后,便开始寻找商业应用,正好与Speak & Spell项目一拍即合。

ROM方面,Speak & Spell并未采用当时最先进的16 kb ROM,而是集成两个128kb的ROM芯片,有效满足语音合成功能所需的巨大存储空间。

工艺方面,当时团队面临三个选择:金属氧化物半导体(CMOS)技术、负通道金属氧化物半导体(NMOS)、以及正通道金属氧化物半导体(PMOS)工艺。

NMOS技术在彼时仍被广泛应用,且性能方面远胜于PMOS,但考虑成本因素,以及Speak & Spell产品的普通消费者的市场定位,最终选择并未被普遍使用的PMOS技术,制造包括合成器与ROM在内的芯片组。

1978年,Speak & Spell上市,立即受到孩子们的欢迎,并迅速成为帮助年轻人学习拼写的工具。此外,Speak & Spell的普及也打破了在教育中使用电子设备的障碍。

写在最后

虽然合成器芯片并非最终的DSP,但双方均基于数字信号处理逻辑。德州仪器公司直到1983年才生产出第一个DSP芯片,但在Speak&Spell中对数字信号处理逻辑的开发与落地,具有相当的突破意义,也帮助德州仪器在该领域取得领先优势。

· 2019-11-04 09:18  本新闻来源自:与非网,版权归原创方所有

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