CCD的历史，原来这么野！

他们原本只是想做出一块内存，却意外改写了整个人类的影像史，不仅干翻了柯达的胶卷帝国，还顺手拿了个诺贝尔奖。关键是，整个过程，只花了一个小时。

1969年，在贝尔实验室工作的物理学家乔治·史密斯和威拉德·波义耳正面临失业，因为老板告诉他们，要是再整不出能够跟磁泡内存竞争的半导体内存，他就会把这个部门给裁了。

普通人逼急，大不了躺平。可这哥俩逼急，却爆发了小宇宙。讨论不到一个小时，他们就将一种全新半导体内存的基本结构画在了黑板上，它就是CCD。

是的，拍照用的CCD，一开始其实是用来存储数据的。

史密斯和波义耳在硅片上做了一堆坑，把它们布置的像是一个个小“水桶”。每个水桶就是一个电容， 装了电的就是 1，没装电的就是 0，这其实跟所有存储器用的剧本都一样。当需要读取时，工程师会用电压把一个个水桶的电子往旁边挤，让它们落在一个信号放大器里，然后计算机就能集中读出了，非常的巧妙。

两位科学家的工作得以保住，而存储器即将迎来一场革命。但是，一个人的出现却让整个故事发生180度的大转折。他就是迈克尔·汤普塞特，刚刚加入贝尔实验室的一位成像专家。当他听说CCD时，第一反应就是把它做成成像设备。原因很简单，由于光电效应的存在，硅片一见光就会产生电子，这在存储器上是天生的缺陷，但是在成像设备上就变成了天生的优势，而且史密斯和波义耳还都把底子给搭好了。

让我们跟随汤普塞特来转换一下思路，如果硅片上的每个“小桶”在被光照射时会积累不同数量的电子，那不就是亮度差吗？把这些差异按位置记录下来，排列成阵列，光的强弱就变成了图像。也就是说，内存模型天然能“记录光强分布”。 汤普塞特和团队立刻把镜头对准硅片，做出了第一个成像原型。他们并没有改变 CCD 的搬运机制，只是把“电荷分布”当成信息输入。结果就是——人类历史上第一张使用芯片成像技术的照片诞生了。噪声低，灵敏度高，特别擅长弱光拍摄。世界开始拥抱CCD——用来拍照的CCD。

于是，胶卷帝国轰然倒塌，曾经的化学记录，被电子信号取代。图像可以存盘、传输、处理、放大而不退化。监控、医疗、航天、科学观测全线改写。柯达成为教科书级别的反面案例——虽然很早就嗅出了危机，也最早端出了数码相机，但拥有技术不等于能迅速转型，路径依赖让它错过了这个时代。改变世界的是别人，赢家也是别人。

还有最后一个问题，为什么手机和相机现在几乎都用 CMOS 而不是 CCD？ 因为 CMOS 每个像素自带读取电路，不必把电子都挤到同一个放大器里。但早期工艺差，噪声高，它的画质不如 CCD。后来改进工艺，噪声下降，性能追平。更妙的是，影像链上的处理电路都能做在同一片芯片上，从而实现低功耗，小体积，低成本，多功能。一旦画质差距缩小，CMOS 便直接吞掉市场了。CCD 则退守科研和极限成像的堡垒，继续在天文、科学仪器、极低噪声场景里发挥作用。