他們原本只是想做出一塊內存,卻意外改寫了整個人類的影像史,不僅干翻了柯達的膠卷帝國,還順手拿了個諾貝爾獎。關鍵是,整個過程,只花了一個小時。
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1969年,在貝爾實驗室工作的物理學家喬治·史密斯和威拉德·波義耳正面臨失業,因為老板告訴他們,要是再整不出能夠跟磁泡內存競爭的半導體內存,他就會把這個部門給裁了。
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普通人逼急,大不了躺平。可這哥倆逼急,卻爆發了小宇宙。討論不到一個小時,他們就將一種全新半導體內存的基本結構畫在了黑板上,它就是CCD。
是的,拍照用的CCD,一開始其實是用來存儲數據的。

史密斯和波義耳在硅片上做了一堆坑,把它們布置的像是一個個小“水桶”。每個水桶就是一個電容, 裝了電的就是 1,沒裝電的就是 0,這其實跟所有存儲器用的劇本都一樣。當需要讀取時,工程師會用電壓把一個個水桶的電子往旁邊擠,讓它們落在一個信號放大器里,然后計算機就能集中讀出了,非常的巧妙。
兩位科學家的工作得以保住,而存儲器即將迎來一場革命。但是,一個人的出現卻讓整個故事發生180度的大轉折。他就是邁克爾·湯普塞特,剛剛加入貝爾實驗室的一位成像專家。當他聽說CCD時,第一反應就是把它做成成像設備。原因很簡單,由于光電效應的存在,硅片一見光就會產生電子,這在存儲器上是天生的缺陷,但是在成像設備上就變成了天生的優勢,而且史密斯和波義耳還都把底子給搭好了。
讓我們跟隨湯普塞特來轉換一下思路,如果硅片上的每個“小桶”在被光照射時會積累不同數量的電子,那不就是亮度差嗎?把這些差異按位置記錄下來,排列成陣列,光的強弱就變成了圖像。也就是說,內存模型天然能“記錄光強分布”。 湯普塞特和團隊立刻把鏡頭對準硅片,做出了第一個成像原型。他們并沒有改變 CCD 的搬運機制,只是把“電荷分布”當成信息輸入。結果就是——人類歷史上第一張使用芯片成像技術的照片誕生了。噪聲低,靈敏度高,特別擅長弱光拍攝。世界開始擁抱CCD——用來拍照的CCD。
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于是,膠卷帝國轟然倒塌,曾經的化學記錄,被電子信號取代。圖像可以存盤、傳輸、處理、放大而不退化。監控、醫療、航天、科學觀測全線改寫。柯達成為教科書級別的反面案例——雖然很早就嗅出了危機,也最早端出了數碼相機,但擁有技術不等于能迅速轉型,路徑依賴讓它錯過了這個時代。改變世界的是別人,贏家也是別人。
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還有最后一個問題,為什么手機和相機現在幾乎都用 CMOS 而不是 CCD? 因為 CMOS 每個像素自帶讀取電路,不必把電子都擠到同一個放大器里。但早期工藝差,噪聲高,它的畫質不如 CCD。后來改進工藝,噪聲下降,性能追平。更妙的是,影像鏈上的處理電路都能做在同一片芯片上,從而實現低功耗,小體積,低成本,多功能。一旦畫質差距縮小,CMOS 便直接吞掉市場了。CCD 則退守科研和極限成像的堡壘,繼續在天文、科學儀器、極低噪聲場景里發揮作用。
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