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1970:DRAM 與 UNIX — 磁芯記憶體之死與貝爾實驗室的無名革命#

案情#

1970 年 10 月,Intel 推出全世界第一款商用動態隨機存取記憶體(DRAM)i1103,容量 1K bit,售價遠低於同等容量的磁芯記憶體,三年內席捲市場,1972 年成為全球銷售量最大的半導體產品,磁芯記憶體產業在數年內灰飛煙滅。同一年,貝爾實驗室的 Ken Thompson 在一台報廢的 PDP-7 上悄悄寫出一個小型作業系統的雛形,與 Dennis Ritchie 等人將其命名為 UNIX。

前因#

  • 1950-60 年代電腦主記憶體由磁芯(magnetic core)壟斷:每個位元是一個小磁環,靠磁化方向存 0/1,由穿線工人手工編織,成本難以隨規模下降。
  • 1966 年 IBM 的 Robert Dennard 提出單電晶體+單電容的 DRAM 專利構想。
  • 1968 年 Noyce 與 Moore 離開 Fairchild 創立 Intel,最初產品是 1969 年的 3101 SRAM 與 1101,並替日本 Busicom 開發晶片組。
  • Thompson 參與的 Multics 計畫(MIT、GE、貝爾實驗室合作)因過於龐大複雜,貝爾實驗室於 1969 年退出;Thompson 懷抱簡化理念,在 PDP-7 上重寫「太空旅行」遊戲並發展出檔案系統與行程管理。

線索與推理#

偵探的第一問:DRAM 為何贏?答案藏在成本曲線裡。磁芯是「機械+手工」產品,每個位元的成本近乎常數;DRAM 則搭上摩爾定律列車,每一代製程微縮,單位成本對數式下降。Intel 更狠的是定價策略——以磁芯的五分之一價格切入,用產量換良率,再靠學習曲線壓低成本,把對手逼進死亡螺旋。這是典型的「掠奪性學習曲線定價」。

第二問:UNIX 為何誕生於退出的廢墟?Multics 失敗讓 Thompson 徹悟:系統要小、要優雅、要能被兩三個人讀懂。PDP-7 是免費的(實驗室淘汰品),時間是自己的,於是「一個人+一台舊機器」寫出了改變世界的系統。產業史的弔詭:革命往往不在資源最充裕處發生。

理論#

DRAM 的 1T1C 儲存原理:每個位元由一個存取電晶體與一個電容構成,讀寫靠位元線感測電容電荷。由於電容會漏電,必須定期重寫:

\[ Q = C V \]
\[ \text{刷新週期 } t_{refresh} \le 64\,\text{ms(每列讀出後放大重寫)} \]

與磁芯比較(1970 年,每 bit 成本量級):

技術 每 bit 電晶體數 非揮發 可微縮性 1970 相對成本
磁芯 0(磁環) 是 差(手工) 1
SRAM 6 否 好 約 0.5
DRAM 1 否 極佳 約 0.05–0.2

UNIX 設計哲學可用 Thompson 式公理表述:每個程式只做一件事並做好;程式的輸出可作為另一程式的輸入(管線 |)。這是組合性(composability)的軟體工程理論先聲。

後果#

  • 磁芯產業(含美國與日本廠商)在 1973–75 年間全面退出,半導體記憶體從此成為產業的「技術火車頭」與景氣循環之源。
  • Intel 由此確立「記憶體公司」定位,直到 1980 年代被日本 DRAM 逼退才轉型微處理器——而那是另一樁案件。
  • UNIX 藉 1973 年以 C 重寫而可攜化,經 AT&T 授權流入大學(加州伯克利的 BSD 系統),成為今日 Linux、macOS、iOS、Android 的共同祖先。

冷案檔案#

  • 時間:1970 年 10 月(1103 上市);1969–1973(UNIX 雛形與重寫)
  • 案由:固態記憶體取代磁芯;作業系統設計哲學的重建
  • 歷史定位:半導體與軟體兩條主軸在同一年各自點火,1970 年可視為現代資訊產業的「雙元紀元」起點。