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Raspberry Pi内幕:35美元的计算机改变了世界的故事

埃本·厄普顿(Eben Upton)在描述他共同创造的35美元Raspberry Pi计算机的原型机于2011年5月在网上披露后,公众的期望重担落在了他的肩上。
在以相对匿名的方式修改委员会的设计五年后,突然意识到该项目的人数激增,早期Pi的YouTube视频在短短两天内就获得了600,000次观看。
起初,厄普顿对英国广播公司(BBC)技术通讯员罗里·塞兰·琼斯(Rory Cellan-Jones)对这份报告的兴趣感到高兴,并对他的妻子利兹(Liz)表示了同样的欢迎,后者以一副残酷的现实挫败了他的热情。
“她对我说,'你知道你现在实际上必须这样做,对吗?'
“这是一个艰难的时刻,意识到我们实际上已经告诉人们我们将要这样做,而且我们必须这样做。如果不是Rory,今天我们仍然会为此而努力。”

如今,Raspberry Pi成为一种现象,它是世界上第三畅销的通用计算机。如果您对计算机感兴趣,那么您很可能会将其中一种英国制造的小板藏在某个地方。它位于笔记本电脑,平板电脑和机器人中;它已经在国际空间站上进行了实验;它催生了庞大的用于学习计算机的工具包生态系统;而且它甚至已经成为主流媒体,出现在机器人先生等电视节目以及《大英雄6》等电影中。更不用说计算机在商业中的角色,从瘦客户机到工业控制系统,它们都应运而生。
但是,这种成功绝不能保证。Raspberry Pi最初是一种古怪的尝试,旨在重新唤起人们对计算的好奇心,他们沉浸在技术中,却对其工作方式无动于衷。对于Upton来说,种子是在2006年播种的,当时他是英国剑桥大学的研究主管,当时他被很少有人申请计算机科学感到震惊。
“人数简直太可怕了,他们跌落悬崖了。从世纪之交的大约600名申请者,到80或90个名额,已经下降到250人以下。”
面对这样的冷漠,厄普顿问:“那些申请人去了哪里?” 和“我们如何让他们回来?”。
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埃本·厄普顿(Eben Upton),在2016年被任命为女王生日荣誉名单上的CBE之后的照片。
 
图片:Raspberry Pi Foundation
他说:“当时我们没有意识到,易于编程的1980年代家用计算机对我们来说是非常重要的人才来源。”
“随着这些机器在1990年代逐渐消失,可以学习编程的孩子们的数量也随之减少,然后十年后我们醒了过来,我们的课程没有人申请。”
“的确,Raspberry Pi是对此的一种回应。这是一次非常有意识的尝试,试图重新启动我小时候可用的那种机器。”
阿普顿和他的同时代人在1980年代长大,当时英国的BBC Micro和美国的Commodore 64等计算机开始进入家庭。对于普通的现代计算机用户而言,BBC Micro似乎具有极大的威吓性:一台棕色的平板电脑启动时会弹出一个简单的闪烁光标,而屏幕上没有下一步的操作说明。
但是对于Upton和1980年代的许多孩子来说,在几乎空白的屏幕上闪烁的光标是为了填补空白,开始输入BASIC编程语言,使BBC Micro的声音和色彩栩栩如生。
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观看TechRepublic的Nick Heath采访Raspberry Pi联合创始人Eben Upton的董事会起源。
然而,快进20年了,占主导地位的计算机(游戏机以及后来的平板电脑和智能手机)不再邀请创建,而是邀请使用。
阿普顿回想起2007年的篝火晚会,当时一个11岁的男孩告诉他他想当一名电气工程师,而他对实现这个男孩的失望使他无法使用可以编程的计算机。
“我说,'哦,你有什么计算机?'。他说,'我有一个任天堂Wii'。而且,那种孩子很兴奋,一个孩子表现得很具体,实在是一种可怕的感觉。对我们的职业感兴趣,并且谁都无法使用可编程计算机,任何类型的计算机,他只是拥有一个游戏机。”
此时,Upton在芯片设计师Broadcom担任系统芯片设计师,并意识到他有能力阻止这种鼓励用户进行编码的计算机的发展。
“我很长时间以来一直在建造小型计算机,这是出于业余爱好。因此,建造小型计算机的能力以及认识到缺少小型计算机是一个问题,这些因素融合在一起,而Raspberry Pi是这些两件事。”他说。

为什么树莓派仅售35美元

他们的想法是制造一台价格不菲的计算机,它几乎是一次性的,而且价格如此之低,以至于孩子们不会害怕随身携带它或将Raspberry Pi连接到其他硬件上并构建他们的产品。自己的小工具。
阿普顿说:“一台易碎计算机的想法对我们很重要。”
“它必须在一个价格点上,使您感觉不到通过连接电线冒着这个世界的风险。”
但是将价格定得太低带来了挑战。在2000年代中期,实际上并没有35美元的计算机,而且Upton的早期作品与最终成为Raspberry Pi的东西几乎没有相似之处。
他在2006年首次尝试使用Pi的是一台相对于六年后发布的计算机而言如此简单的机器,可以使用现成的芯片和组件以及烙铁将其手工组装在一起。
凭借其超大型处理器和电阻器,该原型看起来像是过去时代的遗物,并且在一定程度上复制了BBC Micro的强大功能,厄普顿在1980年代初期就在此上断了牙。
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第一个Raspberry Pi原型由Eben Upton于2006年手工制造,与2012年推出的计算机完全不同。
 
图片:Raspberry Pi Foundation
“我建立的第一款可以称为Raspberry Pi的东西是基于Atmel微控制器,并且可以渲染一点3D图形;它可能与BBC Micro一样强大,但您可以通过焊接自行构建它。铁。这真是太好了,以后没有Raspberry Pi复制。”
Upton并没有进一步设计,觉得它不够强大或无法使用。但是他并没有失去寻找重新激发对计算机科学兴趣的方法的动力,并继续与其他工程师和学者讨论解决方案。在2008年,Upton与剑桥大学教授Alan Mycroft,电子工程师Pete Lomas以及其他几位人士坐下来讨论了有关面向儿童的低成本计算机的概述。
Lomas是电子设计咨询公司Norcott Technologies的创始人,并为第一个Pi设计了印刷电路板(PCB)布局。他说十月份的会议是树莓派创作的决定性因素。
洛马斯说:“我们所有人都有类似的想法。只需要召开催化会议就可以实现。”
他说,他们的愿景是制造一种机器,为人们提供了解计算机工作方式的窗口,而不是运送密闭的黑匣子,而是在一块裸板上让孩子们学习每个组件,并感觉到处理器在工作时会变热,并深入研究板上运行的开源软件的代码。

Raspberry Pi是如何命名的

Upton还是在2008年创造了原型,从而使Raspberry Pi得名。
“当我们第一次宣布价格时,人们认为我们疯了。有些时候我们认为我们疯了。”
 
皮特·洛马斯(PETE LOMAS)
尽管第二个原型比他最初的手工制造的功能更强大,但2008年的机器仍不像Raspberry Pi那样成熟,只能在Broadcom图形处理单元(GPU)和矢量处理单元(VPU)上运行,芯片通常构成更广泛的计算机系统的一部分。Upton将其描述为“基于Broadcom开发板构建的捆绑式工具”。
该原型再一次具有Upton成长时使用的BBC Micro的回声。尽管比1980年代的机器功能强大得多,但原型也直接引导到一个闪烁的光标中,这次光标运行了键入它的所有Python代码。
Upton说:“就像BBC Micro启动到BASIC一样,它会启动到Python版本中。”他解释说,这就是Pi的名字的由来。
至于Raspberry的名字,一方面希望遵循苹果,Apricot Computers和Acorn(芯片设计师Arm的祖先,也是BBC Micro的创建者)的水果传统,但同时也希望以此作为参考。当时该项目的顽强和拼板性质。
阿普顿说:“有很多以水果命名的计算机公司,“吹树莓”的事情也是故意的。
次年年初,Upton,Lomas,Mycroft,Elite创造者David Braben和剑桥大学讲师Jack Lang和Rob Mullins将创建Raspberry Pi基金会,该基金会致力于为全世界的人们提供创建计算机软件和硬件所需的知识和工具。 。
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2012年董事会会议上的受托人:从左至右:财务总监马丁·卡特赖特(Martin Cartwright),艾伦·迈克罗夫特(Alan Mycroft)教授,皮特·洛马斯(Pete Lomas),大卫·布拉本(David Braben),埃本·厄普顿(Eben Upton)和杰克·朗(Jack Lang)。图像的右侧还显示了Alex Bradbury,他是该基金会的首席Linux开发人员。
 
图片:Raspberry Pi Foundation
但是,即使名称和基础已经建立起来,实际计算机的设计也开始陷入困境。Upton和Lomas找不到价格如此低廉的处理器,因此在设计Raspberry Pi时遇到了种种障碍。
洛马斯说:“我们在2009年围绕另一个处理器设计了一个概念。那是我们陷入沮丧的时候,因为那根本行不通。”
“零件太多了,PCB(印刷电路板)太大了,消耗的功率也太多了,它有各种各样的问题。”
尽管如此,Lomas表示决心不突破35美元的价位。
“当我们第一次宣布价格时,人们以为我们疯了。有些时候我们以为我们疯了,但驱使我们的事实是,如果我们能够到达那里,那么我们可以吸引更多的孩子,”他说。
同时,Upton负责在Broadcom的全职工作,完成MBA以及在Raspberry Pi上工作。
他说:“在2011年之前,有很多事情似乎不可能发生,只是因为我很忙。我在做其他事情,而这并不是我的首要任务。”
进展缓慢直到2011年初,当时机会以廉价芯片的形式呈现给Upton和Lomas,由他的老板Broadcom在剑桥设计,这将是他们负担得起的计算机的理想基础。

Upton和Lomas拿起了通常在电子设备和数字标牌中发现的处理器,并将其重新构想成预算计算机的平台。
这款新芯片承诺可以与1990年代后期的高端机器相媲美的计算机-大致与300MHz的Intel Pentium 2相当。它的性能不足以让任何人大吃一惊,但足以为它提供一台正常工作的机器低于$ 35美元。
至关重要的是,这种基于Arm的Broadcom BCM2835片上系统将使Raspberry Pi不仅仅是玩具或精简配件。
Upton说:“这是一项重大突破,因为我们将Arm处理器,Arm 11集成到了芯片中。”
“那时我们所拥有的是一个Arm处理器和一个功能强大的图形核心,价格不高。”
“这是将这个110美元的怪物变成35美元的实际解决方案的问题。”
 
皮特·洛马斯(PETE LOMAS)
由于运行了完整的基于Linux的操作系统,这意味着Raspberry Pi可以启动进入典型用户会识别为计算机的窗口化桌面。
Lomas说:“您可以拥有完整的操作系统,然后可以包含所有的自由软件开发,这是多年来在Linux环境中完成的。”
Lomas说,这是一种胜利的感觉,“ Broadcom正在生产一种具有我们想要的功能的芯片”。Upton和Lomas已经为Raspberry Pi的平台提供了必要的“大芯片”,例如内存和网络控制器,而且更重要的是价格实惠。但是,战斗尚未结束,因为他们坚持压低价格将继续成为基金会支持的巨大障碍。
“目标价格在25-35美元之间,这是基于对这些'大型硅'组件的定价,并认为'其其余部分不可能那么贵'。当然,这是一个错误,”他说。厄普顿。
“我们发现的最大教训是,导致您丧生的是小事,而不是大事。真正使设备成本超支的是大量的10美分物品,而不是少数的多美元物品。”
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Raspberry Pi Alpha板将于20​​11年下线。
 
图片:Raspberry Pi Foundation
为了承受更大的压力,厄普顿(Upton)和洛马斯(Lomas)很快发现自己正在自己设定一个截止日期。英国广播公司(BBC)对Raspberry Pi拇指驱动大小的原型机的报道自2011年5月开始大行其道-并承诺该Pi将在一年内上市。
Upton说:“将我们的颜色牢牢地钉在桅杆上,然后我们必须去思考如何做到这一点。”
“所以,在2011年夏季和秋季,我和Pete坐下来,对产品进行了成本设计。因此,找出了我们可以放弃的功能,找到了实现某些功能的更便宜的方法。”
基金会面临一场艰苦的战斗。创始人向慈善机构借了数十万美元,足以使Raspberry Pi的初始生产运行从3,000板增加到10,000板。但是,就电子制造而言,数量仍然相对较低,这正在推高部件成本。
到八月,基金会已经有了Raspberry Pi的参考设计,以及Broadcom建造的50个Alpha板。该板与5月份展示的拇指驱动器原型有很大不同,它具有许多功能,这些功能可以在Raspberry Pi上找到-几个USB 2.0端口,100Mbps以太网,microSD卡读卡器,HDMI-并引导进入Linux Debian命令行。它甚至可以吸引第一人称射击游戏Quake III。问题在于它距离所需成本不近,并且略大于所需的信用卡大小。
洛马斯说:“那是将这个110美元的怪兽变成35美元的实际解决方案的问题。”他补充说,他和厄普顿从8月到12月都在努力研究如何解决这个问题。

将价值110美元的怪物转变为Raspberry Pi的战斗

小董事会上的每个组成部分都必须赢得自己的位置,洛马斯回忆起他和阿普顿权衡每个组成部分相对优缺点的一些非常困难的决定。
一个典型的例子是如何将Raspberry Pi连接到显示器。他们希望Raspberry Pi的质量好,并且可以与需要HDMI的新型电视和显示器一起使用,并且还可以与需要VGA的旧CRT显示器以及需要复合的旧电视一起使用。最终,洛马斯说,VGA会吃掉芯片上太多的外围引脚,从而减少了他们可以支持的其他功能的数量,因此他们选择了HDMI和复合视频。
洛马斯说:“我们通过艰苦的努力做到了。” “我们实际上抛弃了很多东西。我们合理化了I / O,我们取消了不需要的东西。进行了重组,回到了基础知识。我被昵称为'棘手的人'。”
这场战斗在各个方面都展开了。每个组件都必须在成本,质量和可用性之间达到良好的平衡。
Upton说:“将三者中的一者或二者比较容易,但是将三者全部融合在一起非常非常困难,因此存在很多争执。”

在某些情况下,Upton和Lomas使用巧妙的解决方法来降低成本。原始设计上的专用音频芯片被六个电阻器和电容器以及一个通过脉宽调制产生音频的软件所代替。在其他领域,他们将削减规格,以纠正后面板上的缺陷,例如,为Raspberry Pi 1选择一个线性电源,Upton将其描述为“非常低效”,但将其替换为“ Rolls Royce”。 -切换设计”。
这还不是全部。按照Lomas的要求,增加了一个26针至40针(在后面的板上)通用输入/输出(GPIO)接头连接器,从而允许计算机使用Raspberry Pi控制灯,开关,电动机并与其他板进行交互。尽管后来添加了Lomas,但Lomas仍将其描述为“ Pi的庞大组成部分”,它使许多使用Pi的机器人得以实现。Upton同意:“今天您问剑桥的申请者'您是如何参与计算的?他们都说,“树莓派和机器人技术”。”
“我们最初只有六个人,没有办公室,只有几个电话,我们通过电子邮件和Google进行了所有工作。但是,实现这一目标的决心非常强烈。”
 
皮特·洛马斯(PETE LOMAS)
到了这个阶段,阿普顿每周工作80小时,在晚上,周末,飞机,火车上,只要工作允许,他就适合在Raspberry Pi上工作。他甚至还回忆起在电话中与洛马斯通话时从希思罗机场起飞的航班,“向他索要BOM表(物料清单),以便我可以在飞机上进行处理”,这句话可能使他的一些乘客一点紧张。
在这段共同努力的整个过程中,没有员工团队或广泛的基础设施来支持Upton和Lomas,只有少数志愿者在家中工作。
洛马斯说:“我们最初只有6个人,没有办公室,只有几部电话,我们通过电子邮件和Google进行了所有工作。但是,人们致力于实现这一目标。”
到了12月,Raspberry Pi的设计终于达到了所需的水平,直到圣诞节前一周,Lomas在柴郡的Norcott Technologies工厂制造了20个beta板。
在圣诞节前三天的那个晚上,Lomas记得打开第一块板,刚下线,这给人带来了不愉快的惊喜。
他说:“我们经历了令人心动的时刻,我们将第一个放在板凳上,但没有任何反应。”
“事实证明,我们只是误读了一些文档。它已经过审查,没有人发现它。”
幸运的是,可以通过相对简单的手动焊接来解决电压轨断开的问题。
当厄普顿当天晚上到达工厂时,Lomas仍在修理最后一个beta版。厄普顿(Upton)和他的妻子利兹(Liz),该基金会的传播总监,从英国康沃尔(Cornwall)的一个假期回来后,穿越英国,这是他们经过六个月的紧张工作后的第一次休息。
阿普顿说:“那天晚上很晚,我们去了皮特郡的柴郡。”
“我插上一块板子,那真是一个奇怪的经历,因为这是一台我知道我可以花25美元就能买到的机器,它的功能比我小时候拥有的任何机器都要强大得多。比我爱的Amiga强大。”
此Beta版几乎是成为第一台Raspberry Pi的计算机,即Pi 1 Model B,将于2012年2月29日发布。Upton和Lomas将价格为35美元的板上的功能缩减为两个USB 2.0端口,100Mbps以太网,HDMI 1.3、26个GPIO引脚接头连接器,具有700MHz单核处理器和VideoCore IV GPU,能够进行硬件加速的1080p视频播放。为了满足基金会的教育使命和对透明性的承诺,每个委员会都配备了各种基于Linux的操作系统和一套编程工具。

应对成功

但是,基金会现在遇到了一个新问题-它本身就是成功的受害者。Upton和董事会的共同创造者开始对Raspberry Pi进行细微的考虑,假设他们的销量不超过1000片。即使在Raspberry Pi首次公开发布后的短短两天内,YouTube的观看量就达到了60万,但董事会背后的团队仍然持谨慎态度。
他说:“尽管我们有所​​有这些兴趣,但实际上,我们仍然认为愿意付钱的人数会少得多。”他解释说,基金会为何只修改了最初的工作。登上最多10,000个。
但是需求的激增并没有结束,基金会制造电路板的能力开始显得不足,2月29日该板上市时订购了100,000只Raspberry Pis。
该基金会的模式是一次生产10,000个板,一次销售用于制造下一批,这太慢了,无法满足这种需求。
供应链方面的考虑,消费税和制造成本使事情变得更加复杂,这迫使基金会在中国建立了董事会。
Upton和他的同事意识到,基金会需要改变方法。

Upton说:“我们发现产品需求量很大,而基于我们拥有的资本,我们无法满足的需求量也更多。”
“因此,我们将其更改为这种许可模型,在该模型中,我们将设计许可给了RS Components和Premier Farnell。”
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Eben Upton在制造Raspberry Pi的南威尔士州索尼工厂工作。
 
图片:尼克·希思/ TechRepublic
根据该协议,Farnell和RS Components负责Pi板的制造和分销,将制造工作分包给第三方-最初是在中国的工厂外,但自2012年底以来,是在英国南威尔士的索尼工厂进行的。 。
回顾过去,Upton认为,这项许可交易是帮助Raspberry Pi取得成功的关键决定-奠定了树莓派更大批量生产并打入这些公司的全球分销网络的基础。
他说:“我最感到骄傲的是变化,因为那是释放价值的东西。那是让我们成长的东西。”
3月初,Upton接到了100,000个订单,大量的在线嗡嗡声以及新发现的批量生产电路板的能力,他开始意识到Raspberry Pi的吸引力。
他回忆起收到了第一批准备出售的Raspberry Pi开发板。
“我记得把Raspberry Pi从顶部取出来,这些50个盒子装在托盘上。”
“从顶盒中取出一个,我带入[基金会创始人]杰克·朗(Jack Lang)的客厅,将其插入他的电视,然后它起作用了。我们一直走到托盘的底部,中间是一个随机的托盘,如果他们把能用的东西放在顶部,我们将其插入并启动,然后我们会说:“是的,这将成为一件事情。”然后,我们认为我们可能会出售一半单位。”他说。
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首批Raspberry Pi 1 Model B板从中国交付。
 
图片:Raspberry Pi Foundation
自2012年发布Raspberry Pi 1以来,这种势头一直没有减弱。2018年,全球已售出超过2200万个Pi板,发布了三代Raspberry Pi,最近的是Raspberry Pi 3 Model A +,这是一个25美元的板,比2012年的启动机进行了大幅升级。这项成功为一项广泛的教育推广计划提供了资金,2017年每周通过代码俱乐部向超过15万名儿童进行编程培训,并通过该基金会的在线项目教育了850万人。
现在已经有六人参加了这个展览,现在它已经发展成为一个国际组织,在英国和美国设有办事处,还有一个子公司Raspberry Pi Trading,负责工程和贸易活动。甚至还有人从小时候就开始与Pi进行修补,现在在硬件工程团队工作。
对于Upton而言,Raspberry Pi成功的证明不仅在于售出了数千万个板子,还在于它赋予了新一代的感觉,就像他早在BBC Micro上编写游戏一样,它给了新一代人们一种激动。
他说:“甚至从很早就开始看到那些孩子躺在客厅地板上的照片,抬头看着装有Raspberry Pi的电视。”
几年后,那些孩子们正要去上大学,在剑桥申请计算机科学的人数再次攀升。
“现在有多达1100名员工,您开始发现一切都在发挥作用。”
Upton渴望强调Raspberry Pi不是一个人创造的东西,并且从早期开始就是从事硬件,软件,促销,案例设计等工作的专家的产品。今天比以往任何时候都正确。
他说:“我们喜欢史蒂夫(Jobs)的叙事,沃兹的叙事。当您尝试构建像Raspberry Pi这样复杂的东西时,世界并非如此。”
“也许这只是一个时机已经到来的想法,而我们恰好阻碍了它。”
 
埃本·厄普顿
一个很好的例子就是基金会如何建立庞大的Pi所有者社区,他们定期互相帮助并共享他们的项目。这种强烈的社区意识很大程度上是由基金会的传播总监利兹·厄普顿(Liz Upton)精心打造的。他在2011年从自由新闻记者的工作转变为专职为基金会提供志愿服务,埃本说:“我们发明了许多技术,用于与我们的社区互动”。
回顾一下,虽然厄普顿为2012年推出Raspberry Pi 1所取得的成就感到自豪,但他说2014年的Pi 1 Model B +基本上就是他们打算制造的计算机。
他说:“如果您看到Pi 1 B +,那是我们希望我们能够在2012年生产的产品,但必须做出牺牲。”
“我们能够添加更多的GPIO,以合理化外形,具有更多的USB端口,具有更高效的电源。”
计算机的成功使实现Raspberry Pi的最初构想成为可能。在计算机发布两周年之际,已有超过250万名Pis被技术爱好者抢购,原板所带来的小批量挑战逐渐消失。

下一个版本将是Raspberry Pi 4,但Upton预计这将与以前的版本大相径庭,因此需要迁移到全新的片上系统上,以支持更快,更高效的处理器。自创建Raspberry Pi 2以来,这将是最大的挑战,Upton表示,其雄心是在2020-2021年期间发布该板。
如今,单板计算机的价格为两便士,并且您不能随意伪装成Pi的微型计算机(香蕉,橙子或蓝莓味)。但是,如果没有创建Pi,世界将会有怎样的变化?
“这是一个令人着迷的问题,你不能说出来,对吗?” 阿普顿说。
他推测,也许Arduino会从制造微控制器板中分离出来,以构建低成本的通用SBC,或者BeagleBoards的SBC会降到Raspberry Pi的价格。也许他和Pi的共同创造者很幸运。
“也许这只是一个时机已经到来的想法,而我们恰好阻碍了它。”
Upton说,在某些方面,创建Raspberry Pi花费了一定的经验。如果他和他的同事对他们将要面对的挑战有更多的了解,那么他们可能永远不会开始。
“我认为我们只是天真,知道吗?” 他说。
“在了解不足以准备尝试大胆的东西与了解足够可以组建团队之间,有一条很好的界限。
“在某些方面,缺乏知识对我们来说是福音。我们不知道什么是不可能的,所以我们做了一件不可能的事情。”

(责任编辑:ioter)

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