费尔柴尔德实验室与麻省理工仪器实验室共同探索：阿波罗导航计算机(AGC)的芯片革命

随着人类对太空探索的不断深入，(NASA)面临着巨大的挑战：为登月任务开发一种可靠且性能卓越的飞行计算机。在那个时代，没有现成的解决方案，因为没有任何设备能够满足如此严苛的要求——小巧、轻便且功能强大。正是在这样的背景下，费尔柴尔德实验室与麻省理工仪器实验室携手合作，准备利用新兴技术——集成电路，来打造阿波罗导航计算机(AGC)。

IBM为土星五号火箭设计的运载火箭数字计算机(LVDC)在当时已经是非常先进的技术了。LVDC使用的晶体管和二极管是由IBM称之为单位逻辑设备(ULDS)的组件构成。虽然ULDS在设计和性能上接近集成电路，但它们仍然需要进一步的优化和改进。

NASA和军情局对AGC的设计要求极高，他们认为基于通用设计的计算机无法满足指令和月球模块的规格。因此，他们决定采用新发明的集成电路来制造AGC，这种新型计算机预计将比使用离散晶体管或UDS制造的计算机更快、更可靠。

集成电路的发展历程堪称一部科技传奇。1969年，杰克·基尔比在德克萨斯仪器公司制造出了第一个真正的集成电路，这是一个由单片晶体管材料制成的振荡电路。虽然与现代集成电路相比显得简陋，但它无疑是集成电路技术的开创性之作。然而，这种集成电路的制造过程繁琐且效率低下，因为硅中的各个元件需要手动连接在微小的金线上。

随后，费尔柴尔德公司的共同创始人让•赫尼开发出了一种称为“平面”的工艺技术，即在芯片表面沉积一层二氧化硅作为绝缘体。通过使用绝缘层，导电痕迹可以化学沉积，从而连接芯片上的各个组件。这一技术革新极大地提高了集成电路的制造效率和性能。

1961年，费尔柴尔德的鲍勃·诺曼访问了麻省理工学院，向AGC团队展示了新的集成电路。这一展示给团队成员留下了深刻的印象，特别是阿波罗计划的助理主任埃尔登·霍尔。他决定订购100个筹码进行进一步的研究。工程师大卫·汉利展示了集成电路在离散晶体管上加速2.5倍的速度。这一成果让霍尔看到了将集成电路应用于AGC设计的巨大潜力，并得到了NASA的批准。

最终，麻省理工学院/工业研究所承担了设计和建造AGC的任务，而IBM则负责为地面使用的大型机提供技术支持。这些大型机被用作主要导航系统，而飞行中的AGC则扮演次要角色。在麻省理工学院/国际工程学院准备开始建设时，费尔柴尔德已经开发了一个完整的数字逻辑集成电路家族。为了限制项目的复杂性和成本，霍尔选择使用单一类型的组件——三进或门。随后，菲尔科承担了在批量生产中制造芯片的任务。

与此同时，信息技术和通信技术司/信息和通信技术司开发了一个自动控制系统，该系统被设计为通用计算机而非针对特定任务的工具。它主要由飞童设计的双三输入或闸门芯片构成，被认为是第一台使用集成电路制造的计算机。这一系统在阿波罗导航计算机中得到了广泛应用，为宇航员提供了准确可靠的导航信息。

1965年，第二块AGC使用了大约4100个更新的双三进或闸门双平板芯片费尔柴尔德芯片。这种双闸门设计不仅降低了功耗，还提高了处理性能，并且成本比第一块设计更低。第二块AGC成功应用于所有阿波罗任务中，为宇航员的安全着陆提供了坚实的技术支持。

在阿波罗计划的过程中，NASA不仅推动了集成电路技术的发展和应用，还开创了现代软件工程的先河。作为多用途计算机，AGC需要比当时更高级的编程技术。软件工程师玛格丽特·汉密尔顿加入了麻省理工学院的团队，为AGC开发飞行任务软件。作为软件工程部的主管，她监督了一个团队设计和测试AGC的软件。

在AGC项目之前，软件开发并不被认为是一门科学或工程的一个分支。然而，汉密尔顿和她的团队通过实践和创新，逐渐形成了软件工程的核心理念和方法。她发明了“软件工程”这一术语，并为该领域的发展奠定了坚实的基础。

汉密尔顿和她的团队为AGC开发了一个简单的中断驱动实时操作系统，该系统具有批处理作业调度、合作多任务处理和错误处理等功能。在阿波罗11号登陆月球前几分钟的关键时刻，错误处理功能发挥了至关重要的作用。由于这一功能的存在，宇航员巴兹·奥尔德林得以恢复计算机并成功着陆。

随着集成电路技术的快速发展和登月任务的圆满成功，这项技术的可行性得到了充分验证。参与AGC项目的费尔柴尔德和其他主要半导体公司的重要人物继续为硅谷的崛起奠定了基础。他们不仅推动了集成电路技术的进一步发展，还为现代计算机科学和软件工程领域的发展做出了不可磨灭的贡献。

总的来说，费尔柴尔德实验室与麻省理工仪器实验室的合作不仅成功打造了阿波罗导航计算机这一传奇设备，还推动了集成电路技术和软件工程领域的革命性发展。他们的努力和创新精神为后来的科技进步奠定了坚实的基础，让我们对人类的智慧和创造力充满了敬意。

推荐阅读：