树莓派之父Eben Upton启示录

本文由 极客范 - 陈舸 翻译自 Christian Cawley。欢迎加入极客翻译小组,同我们一道翻译与分享。转载请参见文章末尾处的要求。

“这能鼓励人们培养对自然科学、技术、工程以及数学的兴趣。这可说是一种教育,如果有人并不为之感到兴奋,我会很鄙视他。我鄙视那些对于从太空中拍摄照片都感到无动于衷的毛孩子。”

Eben Upton是个热情奔放的人。如今,他是Broadcom(博通)公司的技术总监及ASIC架构师。但是到了晚上以及周末,他就摇身变成了树莓派背后的驱动力。这个小小的微型计算机自打2012年推出以来已经在个人计算机爱好者中掀起了一场革命式的风暴,它甚至代表了科技的未来。

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身材高大,着装随意,太阳镜斜挂在T恤上,这就是Eben那天早上去工作时的样子。树莓派基金会的创始人以及理事正在向我解释这令人惊讶的微型计算机的背景情况。这是台3英寸长2英寸宽的多媒体中心,同时也是一台Web服务器、经典老游戏的游戏平台、教学工具,甚至可以成为我们已经讨论过的——太空照相机。

但是Eben可不会去设计普通的电脑,他和他的团队也不会一直靠着生产树莓派直到退休。他们正在计划的是一些大胆的创意,一些很酷的东西。他们意识到,只要有合适的硬件,树莓派能够改变世界。

树莓派的起源

“起先我们并不认为自己可以构建起一台通用型的计算机”

Acorn BBC Micro(一种1980年代的电脑,为BBC电脑扫盲计划而制,主要卖给英国的各个学校)的启发,树莓派于2006年开始设计。Eben同教师、学者以及兴趣爱好者们合作,目的是为了发明一种电脑可以激发孩童的兴趣。

“刚开始我们并不认为我们可以构建出一种通用型的计算机。我们也没有在构建一台PC。我们能看到的是,我们正在构建一台可编程的器件。一开始我们使用微控制器,我肯定你已经在一块大的橙色板子上见过它们了(参见树莓派官网)。这是个基于微控制器的平台,可以驱动一台电视,把它插上电视接口就行了。没错,这是个很有趣的设备。它的性能,我看大概相当于一台80年代的微型机。”

“你可以自己构建,动手将它们焊接在一起”

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我马上就联想到70年代的那种在电路板上靠手工组装起来的简单的计算机。就是70年代中期,Steve Wozniak在乔布斯“父母”的车库里组装起来的那种。当然了,计算机自从那时起便开始有了飞跃式的进步,但是Eben心里非常清楚,这种可以对计算机进行手动重新配置的思想是非常重要的,这就是极客精神。

“这成了项目成功的重要因素。人们想要一些他们可以理解的东西。大概直到2009年后期,我们可以开始构建和通用型计算机相似的产品了,只需要合适的芯片就行。有一块Broadcom芯片正好完全满足树莓派的功能集。”

树莓派首次发布是在2012年初,当然了,那时的树莓派并没有任何可拆卸的部分。但是它可以根据你想要的特定目的来进行重新配置。这就是为什么树莓派出货时没有配备键盘和鼠标的原因。正如Eben所说:“我们有种特别的感觉,觉得这玩意会变得很有用。于是我们就创造了它,正如你所看到的,它就是这么简单。”

英国电脑,英国制造

“我并不是一个狭隘的民族主义者,但是芯片是英国制造的,用的IP也是英国的…那么它就是英国的。”

在英国,80年代后计算机制造业就已经几乎不存在了。国际上的16位机如Amiga以及Atari ST, PC,Apple Mac还有游戏主机迅速取代了曾经取得过辉煌的本土8位机。除了一部分90年代瞄准教育市场的Acorn计算机外,其他领域都已被来自美国和日本的设计所占领。

8位机时代的经典比如Sinclair Spectrum ZX80还有Amstrad CPC 464已经一去不复返了,但是树莓派,这个土生土长的英国产微型计算机可以再次骄傲起来了。

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我对Eben提到了这些。

“我并不是一个狭隘的民族主义者,但是既然采用的是英国产的芯片,使用的IP也是英国的,很明显还得包括ARM处理器(ARM处理器起源于剑桥),那么它就是英国制造。其中一件改变了我们的事情就是最初当我们在思考树莓派在教育领域的应用时我们并没有想到它在全球范围内产生的影响。”

但那些曾经的巨头Sinclair,Amstrad和Acorn又变得如何了呢?有一天Eben也能和这些英国的8位机巨头们相提并论吗?比如理想主义者Clive Sinclair爵士(Sinclair ZX80和ZX Spectrum的设计者)或者是精明的商人Baron Sugar(Amstrad创始人,负责家用计算机、字处理软件和IBM兼容机,在80和90年代纵横欧洲),甚至是Acorn计算机的创始人Christopher Curry(ARM继承了他的遗产)?

“你得记住这些伟大的前辈,他们卖出了数百万台计算机,他们开创了一次革命,他们创造了一个行业,他们创造了我如今的工作,他们创造的Acorn成就了ARM,他们在剑桥所创造出的科技领域孕育出了我们现在所使用的芯片核心。这种不断延续的进步正是始于这些先辈。”

“我想在未来10年的时间里如果我们能将英国科技行业的技术传承下去,那么那时我认为我们配的上这份殊荣。但现在还轮不到我们。”

我们对Eben打算如何将技术传播到英国及更广的地区中去很感兴趣,相信读者也是一样。但是首先,树莓派到底是如何构建起来的呢?

树莓派装配线

为了更多的理解有关树莓派的方方面面——包括如何将成本控制的如此低廉——我在Sony的新兴业务司高级经理Gareth Jones的陪同下参观了树莓派的生产线。有关工厂的一些背景趣闻和涉及到组装树莓派的过程都非常有趣。

树莓派最初于2011年在中国开始生产,但是结果并不令人满意。结果,树莓派基金会将生产任务迁回了英国。

在威尔士(英国的一个半岛)南部的一个前彩色电视工厂中有4条生产线(很快就会扩增到6条产线,这样才能赶上树莓派那惊人的订货量),每天产出约12000台这种微型电脑。这是Sony众多合作关系中的一个,而最终的成品:一台可以正常工作的树莓派设备——将在树莓派基金会的许可下为Premier Farnell公司组装(这只是2家授权厂商之一,另一家是RS Components,它们都是英国公司)。

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工厂由Sony公司所持有,工厂大部分都在生产电视摄像机。在这复杂庞大的工厂中,各个办公区就像蜂巢一样正不停的忙碌着。

生产一台树莓派的过程是相当了不起的。器件来自于从欧洲到远东地区的器件供应商,将器件焊接到印制电路板上。大部分的生产都已自动化了,由摄像头和定位控制仪来将板子和孔缝正确对齐,以此得到必须达到100微米厚度的焊接层。

遵循这个步骤,将0.5mm大小的器件接到电路板上。线轴上有一台使用了机械手臂的机器,通过真空喷嘴可拾起器件。从上面的图片中可以看到,这个阶段的过程类似于早期的计算机在磁带上接收数据时一样——当然了,事实上有很大的不同。从供应商发来的元器件都在这些线轴的磁带上,每个能容纳10000支晶体管、二极管和其他零散的器件。一个称为TIMMS的系统管理这整个过程,监视着元器件,表现的就像是个股票经纪似的,一旦有线轴上的器件快用完了就会通知给操作员。同样的,通过摄像头来检查喷嘴的方向,一旦设置妥当,它们就会被安置在有焊锡的位置。

由于每天都会组装大约400000件产品,随着组装过程的继续,会添加更大尺寸的元器件上去。这里再次利用到摄像头来检查正确的旋转角度以及XY坐标的位置。如果出现任何问题,电路板就会做出旋转来调整适应。

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树莓派成功的秘诀还不得而知,但这很可能与主芯片和其节省空间、打包式(package-on-package)的空间管理方式有关。逻辑芯片和内存芯片是堆叠起来的——这种方式在智能手机的生产中也使用到了。要做到这一点,首先把CPU并放置到电路板上,再一次用焊锡将其固定住。一旦CPU就位了,就把RAM芯片焊上锡并安置在CPU之上。焊接厚度需要精确控制,太薄或太厚都会是灾难性的失败。

之后,电路板会通过温度达到238摄氏度的烤箱,在这高温下焊块会蒸发掉。树莓派的电路板已经基本组装完成,就等着测试了。测试也需要几个步骤来进行。

首先是视觉检测,再次通过摄像头和计算机来完成。之后,再手工加入以太网口、音频插孔和其他一些因为体积太大而没法在自动化产线上完成的组件。这些组件通过流焊接机(以批量方式快速焊接组件)完成焊接,然后再通过肉眼检查。测试继续在8个测试站中进行,每两个测试站有4个人来负责。

MAC地址这时会下载到树莓派上,直流电源、音频和视频输出都会得到检查,这大约需要60到90秒时间。这之后,电路板会被放置到ESD包装盒中等待运输。但是,测试过程还没有结束。有一个独立的QA组会试验这些板子,像用户一样运行它们,以此检测树莓派以证明它可以用在学校或家里。能被QA检查出来缺陷是非常罕见的,在450000件产品中只有115件被退回了(这个数字我是听来的,其实只有18个确实有缺陷,其他的只是因为SD卡太烂才显得好像有缺陷)。

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Gareth Jones告诉我树莓派可以当做工业控制过程中的处理器来使用,Sony在圣何塞的分公司就对他们正在开发的项目中使用树莓派大感兴趣。

最关键的是,有消息指出有很多学校都组织了参观树莓派工厂的活动。在当今大量的制造业都输出到中国的时代里,这一点显得尤为可贵。因为它不仅向孩子们展示了这款流行的微型计算机出自于英国,而且还扩大了本土制造业的就业机会。这并不会让你整天在埋在油脂和污垢中(和传统的制造业相比)。

树莓派所代表的精神

数据显示如今树莓派已经卖出了大约100万台,而在写作本文时订单数量还在持续攀升。基于这份数据,树莓派基金会预估会有20到30万台设备会最终落到孩子们的手中,这大大超出当初所预计的每年向学校卖出1万台设备的计划。

“无论如何,树莓派会通过父母、学校、老师、爷爷奶奶最终转到孩子们的手上,甚至有的孩子会自己去购买。这与minecraft(一个游戏,可以在一个三维世界里用各种方块来建造建筑物)里的东西很相似。”Eben说到。

“这对孩子们来说是非常有意义的。你可以创建一个程序来盖房子,而不必一块砖一块砖的砌。一旦你构建好一个可以盖房子的程序,那你就可以用它来盖更多的房子。而这种自动化所带来的便利才是真正有价值的。”

但是,让这台微型计算机到达孩子们的手上仅仅只是Eben计划挑战技术断代问题的第一步(英国的青少年接触编程等科技领域的人数越来越少,最终会出现青黄不接的技术断层)。

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“我们国家有大量的人口需要工作,我们国家也有大量的公司急需人才,并不是说只需要数学博士这样的人,只要能编程的就可以了。对此,我们可以靠移民人才来填补一些空缺,这可以解决一些问题。但是真正的问题在于这个国家在技术上正依附于印度,我们和美国最终会吸干印度所有最优秀的程序员。这种现象真是太可怕了。”

“我们不能继续这样下去,这只是短期的解决方法。”

对于如此重要的一个问题,似乎很难碰到有人会来回答。Eben充满热情的手舞足蹈着,继续自己的论点,他看到的是一个简单的、长期的解决方案。而据我观察,这可不是我们从政府那儿听到的那套说辞。

“我不知道为什么。我们都很清楚这个问题,只需要花几个小时看看简历就能意识到。我只要找齐足够的人组建一支团队就可以开干了。我们做这个不仅是因为我们觉得树莓派本身很棒,而且我们认为有少许容易解决的事情却被(政府)搞砸了。”

要迎战这些问题,树莓派基金会设立了6位理事(他们之中David Barben为许多玩家所熟知,他是经典的太空贸易游戏Elite的联合作者之一)来管理组织的运营。为了协助这些理事,Eben雇佣了6名员工。

“在销售前70万台树莓派时,我们并没有任何雇员。因此我们增加了6位员工。我们拥有很大的志愿者社区,这些志愿者晚上和周末都在花时间摆弄树莓派,有些大学里的志愿者则白天黑夜以及周末都扑在树莓派上。”

“我们只是一个很小的团队,我们认为我们可以有所作为。而事实上我们认为可以有所作为这意味着我们觉得问题是相当简单直白的。就像为孩子培养兴趣这事儿,如果我们觉得我们是在强迫孩子学习编程,那么我们绝不会成功。对于树莓派,我觉得我们已经意识到了一点,那就是如果你把工具交给人们,他们自己就会去做了。我们不需要去强推什么,把工具给他们,让他们有机会像在minecraft中建房子一样,给他们机会做出一只猫在Scratch中跑来跑去,让人们有机会去做物理计算。这对我来说真是个大大的惊喜。”

树莓派的下一步在哪?

有着1百万台的销量以及在发烧友中急速攀升的人气口碑,满足了家庭影院发烧友,作为旨在培养孩子们兴趣的微型计算机已经取得了成功。那么Eben的工作完成了吗?树莓派是否已经完成了它所被设定的目标?

“坦率的说,我认为还有很多软件方面的工作需要做。把精力放在软件上,而不是下一代跑的更快的处理器——从现在的价位上看,目前我们没有更好的芯片可用了。关于软件的好处就是你只需要把钱花在软件上一次,你就可以在每件产品中把钱收回来。为树莓派优化软件是非常昂贵的,但之后人人都能受益。去年那100万买了树莓派的人,他们都能从中获益。这并不像他们需要去买另一个新的一样。从软件中获得里程数,这正是我们正在做的。我相信未来某个时刻我们会再做另一个派的。如今我还看不出有什么是需要改变的,但如果有更好的芯片出现我们会考虑的。”

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会考虑做体积更大些的设备吗?挂载在更大的电路板上?

“我认为大小是很重要的——大小决定了成本。我想能让你做到成本低廉的其中一个办法就是堆叠式内存配置(stacked memory configuration,同前文的package-on-package一样)。如果你不这么做,我觉得如今树莓派的体积会大很多,那样就不酷了。”

Eben对竞争对手也并不表示担心——至少,对于目前的对手来说是这样。

“在价位的问题上并没有什么可说的。我认为人们现在可以接受50美元内的设备,尽管有人声称50美元价位的计算机并不存在(但树莓派做到了)。因此实际上,那些可以接受70美元价位的人在设备的性能水平上就有了可比较性。”

“其中一些比较是基于各种中国产的设备,它们通常配有低端的ARM Cortex CPU,且多媒体功能非常薄弱。因此,在那个价位上人们可以得到CPU强劲许多而GPU薄弱许多的设备。是的,看到这些事物出现是很有趣的。我尚未见到哪种产品有对我们产生特别的威胁。”

这究竟能算作威胁吗?

“有关威胁论,这的确是个有趣的话题。我真的不认为有什么可算作威胁,但是我们的目标是将来会有很多微型的可编程计算机。如果有人生产了大量的微型可编程计算机,那很好。”

发烧友和孩子们手中的微型可编程计算机——对于技术人才短缺的危机来说并不是一个立竿见影的解决方案,但这毫无疑问向前迈出了积极的一步。

“你常常会听到有人在说‘哪有什么技术人才短缺的事情,根本不存在什么工程技术断层的问题’——去你的!什么时候在这栋大楼里当我被合格的面试者所包围的时候,我就同意没有技术人才短缺的问题。”

可是,这样的人才不是只有在数学、科学技术相关领域的人才够格吗?

“人们可以把有些技能利用到计算机编程中。基本上,有的任务的确最好是由有数学背景的人来完成,但是我认为对于那些有潜力的人来说,如果你在他们合适的年纪让他们接触到合适的工具,那么他们就会去学习相关技能,成为一名伟大的计算机程序员。你应该看到过,在游戏产业里,那些上访谈节目的人常常都不是科班出身。我在剑桥修过相关课程而入行,但是我在孩童时代就有了‘黑客’背景,我10岁就开始编程了。”

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“我认为潜力是无限的。编程方面的东西并不是非常难,至少和求学之路相比没那么难。我认识很多非常非常有天分的计算机程序员,但他们在传统学业上都不怎么成功。”

“我认识一些人他们从16岁起就开始工作了,他们都是优秀的程序员,因此我认为树莓派有潜在的巨大影响力。风险就在于我们可能会调整方向以针对学业成绩完成的最好的那部分孩子,这些人已经拥有了数学能力。有了数学和科学技能的基因组合,下面要发生的就是我们(代表着程序员)会同物理学家、数学家、投资银行家来争夺这部分人群,这些白人少年往往会成为中产阶级。这是一种零和博弈(zero sum game)。”

那么答案是什么呢?除了数学加自然科学这组黄金技能组合外,Eben要如何应对那些缺乏潜力,且自我持续能力差的技能组合呢?

“你要做的就是把我刚才说的三件事分散开来——白人、中产阶级、男性。把你的人才池加倍,让女孩也参与进来,让少数族裔人群也参与进来。”

结论

Eben Upton似乎并不是一个志在白手起家创立一番事业然后就在游艇上退休的人。相反,他几乎可以肯定是一个关注到真实世界中的问题,并意识到该怎么解决的人。大多数人可能尝试通过政治或激进主义来改变世界,Eben Upton选择构建一台计算机作为长期的解决方案。

这台微型计算机产自英国,这是我们骄傲的源头。通常我们把计算机产品看做是无地域限制的,对此也并不关心。可是产自远东地区的电脑、平板以及智能手机正无止境地涌入我们手中,成为我们每天生活的必备品。它们的产出地我们很清楚,但带来的相关影响则完全忽略了。在全球化进程中这已经成为生活的事实,很大程度上已经不重要了。

那么树莓派是否代表了一种巨变?使得计算机正变得更加地区化?对此我表示怀疑。相反,树莓派是一种强大有效的硬件,能够在计算机教学和学习领域中产生革命性的变革,不仅是在英国,全世界范围内都会如此。

 

 

 



原文链接: Christian Cawley 翻译: 极客范 - 陈舸

译文链接: http://www.geekfan.net/2812/

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陈舸
通信人,从事网络设备开发。技术方向:Linux/VxWorks、网络协议、C/C++,尤爱Python。热爱互联网,移动应用,开源软件。译有《算法精解:C语言描述》,《Linux/UNIX系统编程手册》(下册)新浪微博:@bigsh1p

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