第224章 仙童

  英國電報公司形成了龐大的規模效應，它那使用真空管計算機的快速交換中心和幾乎每個主要國家、主要城市都已經覆蓋的網絡使前北約國家只能把自主研發的無線電報技術用在軍事上。

  資本界倒是很看好發電技術的應用在水力發電和火力發電上面，很快就有科學家提出了這兩種除風力之外的發電技術。唐寧一直渴望阻止的火力發電時代終於還要不可避免的要來臨，因為其技術門檻低。以前也不是沒有人設想過水力、火力發電，但法拉第電力公司的進步令這些工程師望而卻步，天才少年的破解使工程界信心大振。

  他們萬萬沒想到的是法拉第電力公司的電網居然可以跟電報、電話網絡結合起來，等這個技術一出來並大幅降低電報機、電話機價格的時候，那些新興的電力公司全都得傻眼。唐寧倒不是想壟斷電力行業，他可以憑藉電網的優勢強迫那些火力發電廠達到他指定的環保要求，以抵消空氣污染的負面效果，否則不讓入網。

  IBM的鳥籠式計算機原本是機械式的，但這種計算機速度不夠快，後來就推出了真空管版本的高端機，並為一些大型企業、機構所採購。由於自動計算能力的廣闊前景，世界各國的大學只要是有點財力的都買台IBM鳥籠計算機來研究一下，現在則紛紛轉入真空管計算機的研究，IBM在這個行業的壟斷被破也是指日可待。

  三大行業機密紛紛出現密集的研究論文，美國政府提議由美國、法國、德意志各邦國、俄國、荷蘭等國共同出錢出力，打造一本可以媲美《自然》期刊的刊物，以便新科技在各國之間更好的傳播。後來這本期刊被命名為《科學》，愛迪生將一部分破解無線電報秘密的獎金捐贈給該期刊，成為《科學》第一位不代表政府的理事。

  《科學》期刊的亮點就是大力發表那些《自然》藏著掖著不讓人知道的科技秘密，因此它的成立很快就成了學術界和工程界的寵兒，果然成了《自然》的強勁對手。

  一個天才少年的成就激起了美國等國學術界士氣，唐寧覺得有趣。事實上以真空管為基礎的科技主流技術與溫莎財團的獨門技術已經站在了同一片高地上，能夠再次完勝真空管時代的，那就只有……半導體了。

  真空管有一個局限，因為要保持一定空間的真空，否則就無法出現愛迪生效應，所以它不可能做得很小，這是真空管繼續發展下去的瓶頸。半導體又是如何實現邏輯電路的呢？

  以純鍺晶體為例說明半導體的神奇屬性。每個鍺原子的最外層有4個電子，而在晶體內整齊排列的原子中，4個電子的每一個都與鄰近原子所含的4個電子中的某一個成對地結合在一起，當外圍電子為8個的時候，根據泡利不相容原理計算出來的電子能級，以及實際世界中惰性元素的實證，所有的電子都是很穩定地聯結成對的。由於這種排列方式與鑽石的排列方式相似，所以鍺、矽和其他類似這種結構的物質統稱為「金剛結構」。

  如果在這種體系完整的金剛結構內摻入一點砷原子，情況會變得複雜。砷的最外層有5個電子，其中4個電子將與其原子核整個取代鍺原子的位置，與鄰近的鍺原子依照前述排列方式緊挨在一起，電子也成對結合，但第五個電子因沒有配對而自由流動。

  這時，如果往此晶體上加一個電壓，這個自由電子將向正極移動。但它無法像金屬導體中的自由電子那樣快速地移動，它們的導電性只是比硫磺、玻璃等絕緣體要好。所以這種加入了微量雜質的金剛結構叫「半導體」。

  光是這樣的屬性還不足以使半導體奇特，當我們不是向鍺晶體加砷而加硼的話，由於硼原子的最外層只有3個電子，它們分別與3個鄰近鍺原子所屬的電子配對，但餘下1個鍺電子怎麼辦呢？它只好與「空穴」配對。

  如果向摻硼的晶體加一個電壓，鄰近的電子受正電極的吸引向前遞補，而在原來的位置留下一個空穴，於是下一個電子又來遞補。表面上看來雖是電子向正電極方向移動，但究其本質，我們也可以說是空穴向負極移動。也就是「空穴」成了電流的載體。

  摻砷的鍺具有1個游離電子，可稱為負型，而摻硼的鍺有一個游離的空穴，如同帶正電，可稱為正型。兩者結合起來討論，當我們把一個鍺晶體的一半做成負型，另一半做成正型就形成了一個全新的整流器。因為負型接至負極時它的電子會被推向正極，同時正極的正型空穴會被推向負極，於是晶體中有電流流通。

  把正負極對調的結果卻是兩種晶體的電荷不協同，電流無法通過，電路中斷。

  半導體整流器不需要抽真空，因此體積可以做得很小；不易破裂或漏電，在常溫工作只需要很小的電流，你想想剛才老是提到「一個電子怎麼怎麼著」。它更不需要像真空管那樣有一定的預熱時間。在技術上它是絕對秒殺掉真空管的存在。

  對於致力於科技霸權的唐寧來說，半導體還有一個好處，它的原理複雜，成品微小，幾乎不可能在電子學、晶體學發展到非常成熟之前被破解。唐寧不僅要用半導體來代替真空管，更是決定將產品當成絕對機密。工廠將設在「與世隔絕」的加州舊金山附近的聖克拉拉谷，紅杉資本則會投資一個叫「仙童工廠」的廠子，整個機構連「半導體」三個字都不會出現，所有的原材料只以數字代號表示，絕大部分的工程師都不知道這工廠是幹麼的。計算機科學家與生產的工程分開，晶片的設計在倫敦，而生產則在設計師們所不知的聖克拉拉谷。

  仙童工廠的第一批產品就會是高度集成的晶片，這一定會讓倫敦的科學家們在想，這麼大規模的計算機「得需要多少個真空管，占多大的地兒啊！」

  這個計劃並不著急，也許數年之後出第一批產品就算不錯了，遠離家人多時的浪子終於回到了歐洲，慕尼黑。妻子與女兒的身邊，作為對浪子的懲罰，小女兒根本不認識爹地，會講幾個單詞的她當然也不會說「爹地」。

  原本要送給小女兒的貼心禮物加拉帕戈斯象龜蛋被林肯這個混蛋攪黃了，為了討好小天使，唐寧決定發明一個小朋友最喜愛的東西，這個怪父親也不會別的手藝，就會搞小發明。這個東西就是——動畫片。

  原始動畫片的發明比電影要早很多年，早在1829年，比利時物理學家約瑟夫·普拉陶就在其博士論文中研究了色彩在視網膜上的作用效果，包括持久度、強度和顏色，擅長畫花的他對蓮花的旋轉曲線進行了數學研究，並觀察了運動圖片的變形，圖片在旋轉運動中的視覺效果將會被重新構建。

  1832年，普拉陶發明了「費納奇鏡」，這是人類史上第一個展示運動圖片的設備。費納奇鏡有兩個圓盤，一個是放線形的觀看窗，另一個則印有彩色圖片，當兩個圓盤以正確的速度旋轉時，就能產生一對男女跳華爾茲的動畫，注意，是彩色的哦，其效果似乎比卓別林時代的默片更好。

  唐寧要發明真正的動畫片幾乎沒有任何技術障礙，將原畫師的圖片用徠卡相機持續地拍照就能產生連續的膠片，將這些膠片在已經被發明的幻燈機上以每秒16幀的速度播放就OK了。

  不過，神級發明家絕不會如此偷懶。因為這會把幾乎所有的工作託付給現在仍然幾乎不存在的動畫繪畫師，而強行僱傭傳統的畫家工作很可能會因為巨量的繪圖工作而精神崩潰。僅僅是一幅人物走路的動作就要讓傳統畫師畫幾十幅上百幅同樣的背景，你說他會不會崩潰？

  所以唐寧想到的第一要務就是要讓動作前景與背景分離。解決方案是數位化。將原畫使用高精掃描儀數位化之後用程序去除其背景（往往是白色），製作出原畫的動作諸幀之後再用算法將諸幀與背景融合，在程序上只需用前景簡單覆蓋背景即可。

  原畫只能是素描，否則去背的程序將極為複雜，遠超現在的最高性能計算機所能承受的極限，所以上色的工序就只能在數位化之後完成了。要在「設備」上上色，首先要在設備上顯示顏色，顏色液晶顯示器就必須提上日程。

  目前的量產液晶顯示器已經達到一張A4紙的大小，即210*297mm之所以有這個奇怪的比率是因為它是A0紙的八分之一，A1是A0的對摺，A3是A2的對摺，到A4這兒就成了八分之一。

  A0的面積是1平方米，這個好理解，但它的長寬是這樣的：841*1189mm，這就很讓人費解。原來，在1786年時，德國數學家和哲學家利希騰貝格發現當矩形的長寬比為根號2的時候將其對摺裁剪之後其長寬比保持一致，唐寧在思考打字機的紙張時第一次利用了這個數學發現，隨著他的打字機遍布全球，現在成了世人最常見的紙張規格。

  為了統一顯示與紙張，液晶顯示器的第一個量產版使用的尺寸正好是A5紙210*148mm，正好能兩屏顯示一張完整的A4紙。這個理論繼續應用到唐寧將生產的用來播放動畫片的顯示器上，將使用A3紙尺寸，即420*297mm，約20。2英寸。

  在電報和打字機時代，因為只用來顯示文字，所以顯示器的顆粒感並不是嚴重問題，IBM已經在實驗室里製造出了顯示效果相當細膩的黑白屏，但因價格昂貴，並沒有量產，在文字時代也暫時沒有太大的需要。但是在動畫時代，這種昂貴的顯示器是必須的。

  不僅需要細膩的顯示效果，更需要顯示彩色。彩色的成像原理是將每一個像素分成三原色三個子像素，人眼將只能看到三原色混合後的彩色，其製造工藝又比昂貴的細膩黑白屏高了三倍。

  這還不算完，有了顯示，還必須有互動，「上色筆」將是互動的主要媒介，因此，顯示屏還必須是電磁式手寫板，通過在手寫板下方的布線電路通電後，在一定空間範圍內形成電磁場，來感應帶有線圈的筆尖的位置進行工作。

  電磁式手寫板可以用它進行流暢的書寫，手感也很好，在繪圖上很有用。畫師除了主創原畫師之外，還有動畫師，負責數位化之後根據動作的需要對原畫進行小幅的再創作，所以繪圖功能是必須的。

  上色筆除了繪畫之外，必須有塗抹色塊的功能，前提是可以圈選一個閉合區域，每個閉合區域的保存最恰當的方式是使用圖層，這就又出現了一個需求。在現有的計算機性能之下，這些程序的開發將是一個嚴峻的挑戰，正對神級工程師的味口。

  全球頂尖的電腦程式員、工程師將雲集於慕尼黑，為的是幫小朋友們開發一套動畫片製作工具。這個唐寧給小女兒的珍貴禮物僅是動畫片的製作工具就昂貴到荒謬的程度，還沒算上有了工具之後如何培養動畫師，搞不好第一部動畫片還沒製作出來，女兒都能打醬油了。