在那個美蘇兩個超級大國之間展開太空競賽的年代,蘇聯擁有提高有效載荷的火箭推進器,美國則著眼於減輕重量,積極發展當時崛起中的半導體技術,看好這些技術將在1960年代結束之前成功登月的行動中發揮關鍵作用。

特別是相較於當今的技術進展,參與1960年代「阿波羅計劃」(Project Apollo)的工程師們當時所能利用的運算能力可說是微不足道,而這也讓他們所展現的重大成就更加令人刮目相看。

從阿波羅太空船的各種設計來看,重量是其中的關鍵因素之一。低功率電子產品的微縮有助於讓巨大的農神五號(Saturn V)運載火箭「減輕重量」,從而在美國總統甘迺迪(President Kennedy)設定載人登月的最後期限之前達標。

為了開發並整合新的半導體技術至阿波羅系統中,策動了各項艱鉅的任務。例如美國麻省理工學院(MIT)儀器實驗室(Instrumentation Laboratory,後來更名為Draper Labs)開發出強大的「阿波羅導航電腦」(Apollo Guidance Computer;AGC)。1962年決定採用IC邏輯元件來打造這台導航電腦,就是其決定性的第一步。

太空人使用天文觀測系統來更新儲存在這台「阿波羅導航電腦」中的資料-¬——這台電腦主要用於計算太空船的速度和位置。
(來源:NASA)

這台導航電腦系統的主要晶片供應商包括德州儀器(Texas Instruments;TI)、摩托羅拉半導體(Motorola Semiconductor Products)、西屋電氣(Westinghouse Electric),以及當時的快捷半導體(Fairchild Semiconductor,已於2016年被安森美半導體收購)。

而當生產線於1962年時開始運轉,MIT的工程師們即面對著其他供應鏈的問題。他們如此描述問題:

「在阿波羅電腦的整個產品生命週期,想要維持高品質IC的供應來源並不容易。半導體產業正致力於推動『尖端技術』進展並實現這一目標,但卻在有意無意間因製程變化而受到阻礙。這些變化導致半導體產品在其功能穩定性、品質、可靠性和產品生命週期的不確定性。有鑑於阿波羅系統中[導航電腦]關鍵的可靠性和產品生命要求,必須發展出一種IC採購途徑,以確保高品質的元件供應。」

MIT一開始主要仰賴Fairchild作為其主要的IC供應商,特別是因為該晶片先驅可以在短短幾天內從現有庫存中供應產品。而在決定將這台電腦使用的核心電晶體轉換為IC邏輯設計後,其發展腳步隨之加速,美國太總署(NASA)和MIT開始轉向其他供應來源,如TI。

NASA-MIT的晶片供應鏈經歷了電子產業在草創時期的一些挑戰,他們畢竟不曾料想到產品會導入像阿波羅這樣重大的技術任務中。

根據一些針對阿波羅導航電腦計劃的評論,TI一開始錯過了為其提供邏輯元件的期限。直到該公司解決製程流程中的問題後,馬上搖身一變成為阿波羅的重要邏輯元件供應商。

另一則評論指出,當時摩托羅拉同樣無法按時交貨,但最終「也並未發展成合需求的供應來源」。

阿波羅導航電腦系統的主要元件得以快速設計和開發的原因之一在於其閘極元件的機械和電氣規格。MIT最終定義了用於商業級邏輯元件的相同規格。此外,還有專案經理人員竭盡全力地確保這些IC提供前所未有的可靠性。

單一邏輯元件的標準化也有助於解決可靠性的問題,在使用導航電腦定位阿波羅號機組人員在太空中的正確位置時,元件的可靠性問題特別重要。

這些邏輯元件得以大量供應給NASA承包商後,很快地就讓邏輯元件的單價開始迅速降低。根據klabs.org網站上公佈的資料,在1961年12月至1962年10月期間,Fairchild Camera提供的元件單位成本從120美元一路暴跌至10美元。

圖中顯示用於打造阿波羅計劃的IC成本在採購評選期間持續降低
(來源:klabs.org)

早期晶片技術緩慢但穩定進展的一個例子是1963年3月Westinghouse開給MIT一張125顆微邏輯NOR閘極元件的發票,這些元件以每顆77.60美元的價格賣給Apollo的承包商。

這是晶片微縮的開始,將人類送上月球的決定正是造就這一趨勢的原因之一。

當阿波羅導航電腦在1960年代初漸形成之際,NASA已準備好迎頭趕上並超越蘇聯的太空能力,包括交會對接、太空漫步以及長程飛行等。美國後來在Project Gemini中取得領先地位的關鍵之一就在於其更優越的電子元件以及新興的系統整合途徑。

相形之下,蘇聯的電子產業在太空競賽期間陷於混亂。根據太空歷史學家Asif Siddiqi對蘇聯太空計劃的描述,官僚內鬥以及未積極發展電子產業等等,都註定了俄羅斯的失敗。

根據Siddiqi引用一位蘇聯太空管理人員的說法,「我們的太空無線電-半導體技術在開發週期、品質以及一般科學技術水平方面,都開始落後於美國。」

蘇聯或許擁有提高更大有效載荷的火箭推進器,美國則著眼於減輕重量,積極發展當時崛起的新興電子技術,看好這些技術將在1960年代結束之前成功登上月球的行動中發揮決定性作用。

就像早期太空人總愛掛在嘴邊的一句話,「沒錢就搞不成科學。」(No bucks, no Buck Rogers.)

太空技術也是如此,「如果沒有IC,人類就無法登上月球。」(No electronics, no moon Landing.)

編譯:Susan Hong

(參考原文:No Electronics, No Moon Landing,by George Leopold)