誰能想到這個(gè)兒童玩具，成就了德州儀器的DSP王國

在 Speak & Spell 問世之前，除了開發(fā)它的四位工程師之外，幾乎沒有人認(rèn)為它應(yīng)該被引入。德州儀器 管理層認(rèn)為該項(xiàng)目沒有什么價(jià)值。當(dāng)這四個(gè)人向全國頂尖的拼寫教育專家描述這個(gè)產(chǎn)品時(shí)，他們給出的建議是放棄它。當(dāng)他們?cè)噲D去推銷它時(shí)，家長們不屑一顧。

但是保羅·布里德洛夫、吉恩·弗蘭茨、拉里·布蘭廷漢姆和理查德·威金斯在設(shè)計(jì)它時(shí)玩得很開心，根本不想停下來。陰差陽錯(cuò)，他們忘了向德州儀器的管理層提及，他們的想法遇到了冷落，但幸運(yùn)的是，在德州儀器的預(yù)算范圍內(nèi)，Speak & Spell 是德州儀器中唯一面向消費(fèi)者的項(xiàng)目（另外兩個(gè)是 CB 收音機(jī)和家庭計(jì)算機(jī)）。

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數(shù)字信號(hào)處理器原型：德州儀器?的 Speak & Spell "通過合成單個(gè)字母的聲音，用戶可以嘗試使用小鍵盤拼寫單詞。最初的模型，發(fā)布于 1978 年，有一個(gè)爵士藍(lán)的真空熒光顯示屏，并使用 4 節(jié) C 號(hào)電池。

幸虧在預(yù)算之內(nèi)，在一次采訪中，弗蘭茨回憶說，團(tuán)隊(duì)可能忽略了低成本要求而適當(dāng)支出一些東西，結(jié)果這事就成了，不是嗎？

教育拼寫玩具的基本思路來自布里德洛夫，布里德洛夫坐擁了天時(shí)地利。

布里德洛夫和弗蘭茨曾參與 Little Professor 的開發(fā)，這是德州儀器在 1976 年推出的一種旋鈕計(jì)算器。當(dāng)時(shí)教育者認(rèn)為在課堂上使用計(jì)算器是作弊行為。德州儀器，當(dāng)時(shí)和現(xiàn)在世界上最大的計(jì)算器制造商之一，試圖克服這一異議，并破解教育市場，該計(jì)算器可以用來創(chuàng)造一個(gè)缺解方程，學(xué)生有三次機(jī)會(huì)輸入正確答案。

布里德洛夫還有一個(gè)正在學(xué)習(xí)拼寫的女兒，他突然想到，教數(shù)學(xué)和教拼寫之間有著基本的相似性。數(shù)學(xué)，就是你提出一個(gè)方程，學(xué)生來解方程，拼寫，就是你說出一個(gè)單詞，學(xué)生把它拼寫出來。只是工具會(huì)有所不同，因?yàn)閱卧~必須大聲朗讀。這顯然需要將存儲(chǔ)的單詞轉(zhuǎn)換為可聽語音的技術(shù)。這種技術(shù)當(dāng)時(shí)確實(shí)存在，但成本高昂，不適合消費(fèi)市場。

但是，曾在德州儀器語音研究實(shí)驗(yàn)室工作過的布里德洛夫知道，該實(shí)驗(yàn)室的人，或許其他學(xué)者，即將創(chuàng)造不那么昂貴的語音合成技術(shù)。不過，還有另一個(gè)障礙，那就是這個(gè)拼寫工具的語音合成功能需要大量的存儲(chǔ)空間，這似乎非?；闹嚒?/p>

他沒有被嚇住。相反，他開始組建一個(gè)團(tuán)隊(duì)，招募弗蘭茨做系統(tǒng)設(shè)計(jì)師。布里德洛夫從語音處理實(shí)驗(yàn)室認(rèn)識(shí)了威金斯，威金斯是布蘭廷漢姆的好朋友，他是一名 IC 設(shè)計(jì)師，威金斯把布蘭廷漢姆也拉到了團(tuán)隊(duì)里，然后布里德洛夫就去找德州儀器的管理層要研發(fā)資金。

弗蘭茨解釋道，這筆研發(fā)資金可沒那么好申請(qǐng)，因?yàn)閿M議產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)太高，潛在回報(bào)太低。但是，德州儀器當(dāng)時(shí)還有一個(gè)為“瘋狂的想法”提供資金的來源。拼寫設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)非常高，“瘋狂的想法”計(jì)劃是最后的選擇。他們需要做的就是說服一位高級(jí)德州儀器技術(shù)專家來支持它。幸運(yùn)的是，布里德洛夫找到了這樣一個(gè)人來支持他的提議，團(tuán)隊(duì)得到了 25,000 美元（在 2019 年大約值 10 萬美元）。
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圖源：吉恩·弗蘭茨 / 德州儀器
[左起]吉恩·弗蘭茨、理查德·威金斯、保羅·布里德洛夫和拉里·布蘭廷漢姆。

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他們于 1977 年初開始工作。他們的設(shè)計(jì)需要三個(gè)新的芯片：一個(gè)控制器，"巨大的"ROM，和一個(gè)單芯片語音合成器，這當(dāng)時(shí)并不存在。當(dāng)時(shí)被命名為 TMC0281 的合成器芯片將是世界上第一個(gè)語音合成芯片。

Speak & Spell 最終將包含 2 個(gè) 128kb 的 ROM 芯片，在當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的是 16 kb。

該合成器基于一種稱為線性預(yù)測編碼（LPC）的語音編碼技術(shù)。LPC 允許設(shè)備從相對(duì)較少的數(shù)據(jù)中生成整個(gè)單詞的語音信號(hào)，這比僅存儲(chǔ)單詞本身的數(shù)字化錄音所需的數(shù)據(jù)要小得多。使用 LPC 的想法來自威金斯，這是當(dāng)時(shí)最前沿的語音處理算法，威金斯擁有哈佛大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)博士學(xué)位，并曾在 Mitre 公司工作。威金斯認(rèn)識(shí)幾個(gè) LPC 的先驅(qū)，在 20 世紀(jì) 60 年代在新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室以及日本的名古屋大學(xué)和 NTT 開發(fā)后，他們開始尋找商業(yè)應(yīng)用。

合成器芯片運(yùn)行數(shù)字信號(hào)處理邏輯，盡管它本身不是 DSP。弗蘭茨表示，威金斯和布蘭廷漢姆完全自己指定和設(shè)計(jì)了芯片，沒有任何人的批準(zhǔn)。德州儀器發(fā)熱管理層沒有要求項(xiàng)目需要任何報(bào)告的“漏洞”，這正好適合四個(gè)團(tuán)隊(duì)成員。在弗蘭茨看來，正是管理層的缺乏"幫助"，才給了威金斯和布蘭廷漢姆找到成功設(shè)計(jì)所需的自由。他們做出了適當(dāng)?shù)耐讌f(xié)才能成就我們，弗蘭茨說。

團(tuán)隊(duì)還可以選擇工藝技術(shù)。除了互補(bǔ)的金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)外，還有其前代產(chǎn)品。負(fù)通道金屬氧化物半導(dǎo)體（NMOS）在當(dāng)時(shí)仍然被廣泛應(yīng)用。正通道金屬氧化物半導(dǎo)體（PMOS）更不常見，也不快。

當(dāng)時(shí) NMOS 是高性能的，弗蘭茨解釋道。但是我們?cè)诘托阅艿?PMOS 中做了出來。因此，我們不僅設(shè)計(jì)了第一個(gè)語音合成設(shè)備，我們還在最差技術(shù)中做到了這一點(diǎn)。原因是，如果這些是消費(fèi)品，那么 NMOS 對(duì)于消費(fèi)者來說是極其昂貴的。ROM 也是用了 PMOS 來制作。

當(dāng) Speak & Spell 在 1978 年上市時(shí)，它立即受到唯一真正重要的選民——孩子們的歡迎。它似乎是幫助年輕人學(xué)習(xí)拼寫的有效手段。最重要的是，Speak & Spell 有助于克服在教育中使用電子設(shè)備的阻力。

德州儀器公司直到 1983 年才生產(chǎn)出第一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器芯片，但是在 Speak&Spell 中實(shí)現(xiàn) DSP 邏輯是一個(gè)非常重要的突破，它也幫助德州儀器在 DSP 領(lǐng)域取得了領(lǐng)先地位，公司在 40 多年后繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。
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