CCD的歷史，原來這么野！

他們原本只是想做出一塊內(nèi)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。

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(yè)，因為老板告訴他們，要是再整不出能夠跟磁泡內(nèi)存競爭的半導體內(nèi)存，他就會把這個部門給裁了。

普通人逼急，大不了躺平。可這哥倆逼急，卻爆發(fā)了小宇宙。討論不到一個小時，他們就將一種全新半導體內(nèi)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(shù)據(jù)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(xiàn)卻讓整個故事發(fā)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(chǎn)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(yōu)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(shù)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(nèi)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。

于是，膠卷帝國轟然倒塌，曾經(jīng)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(jiān)控、醫(yī)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(shù)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。

還有最后一個問題，為什么手機和相機現(xiàn)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(xiàn)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(xù)在天文、科學儀器、極低噪聲場景里發(fā)揮作用。