Rojstvo mikroprocesorja

Intel 4004 velja za prvi mikroprocesor - z drugimi besedami, prvi splošni računalnik na čipu - toda njegovo ustvarjanje s strani Intel je prišlo do kombinacije trdega dela, pravega merjenja časa in navadne sreče.

Zgodba o čipu se zares začne leta 1969, ko je japonsko podjetje, imenovano Nippon Calculation Machine Corporation (vendar znano kot Busicom, po imenu svojih kalkulatorjev), sklenilo pogodbo z Intelom za izdelavo čipov, potrebnih za nov kalkulator. Busicom je bilo razmeroma majhno podjetje s kalkulatorjem, ki je izgubilo delež na hitro konsolidirajočem trgu in je potrebovalo novo rešitev. Intel je bil zagon, ustanovljen leta 1968 z okoli 200 zaposlenimi, ki so se večinoma osredotočali na gradnjo spominskih čipov.

Oba sta potrebovala nekaj novega.

Intelov soustanovitelj in nato predsednik uprave Robert Noyce je obiskal Japonsko okoli leta 1968 in iskal kupce. Noyce se je sestal s Sharpom, takrat enim vodilnih v kalkulatorjih, a je imel Sharp že obstoječe pogodbe. Torej, Sharpov Tadashi Sasaki pravi, da je Noycea predstavil predsedniku Busicoma Yoshiou Kojima in tako je Intel dobil pogodbo za izdelavo čipov za Busicomov kalkulator.

Marcian Edward "Ted" Hoff, ki se je Intelu pridružil kot zaposleni št. 12 leta 1968, je bil dodeljen za ustvarjanje izdelkov, s katerimi bodo ljudje prešli iz starejšega osnovnega pomnilnika na nove Intelove spominske čipe. Po njegovem pripovedovanju je bil Intelov prvi projekt po meri opraviti za podjetje, ki ga je poznalo kot Electro Technical Industries, vendar ga večina imenuje Busicom.

Po besedah ​​Masatoshija Shime, tedaj mladega inženirja Busicoma, ki pa je postalo pomemben del oblikovalske ekipe, je podjetje načrtovalo izgradnjo serije splošnih namenov čipov, "ki bi jih uporabljali ne le za namizni kalkulator, temveč tudi za poslovni stroj, kot so obračunski stroj, blagajna in prodajalca. " Toda Busicom tega takrat Intel ni povedal, "ker je to zaupna zadeva med Busicom in NCR Japonsko", zato je Intel mislil, da je cilj le zgraditi zmogljivejši kalkulator.

Začetna pogodba je bila podpisana aprila 1969, konec junija pa sta v Intel prišla Shima in še dva inženirja Busicom. V prvotnem načrtu so inženirji Busicom zasnovali serijo čipov LSI in Intel izdelal čipe po svoji MOS (kovinski oksid-polprevodniški) tehnologiji. Intel naj bi za izdelavo nabora čipov prejel 100.000 dolarjev in nato 50 dolarjev za vsak narejen niz, Busicom pa se bo zavezal za vsaj 60.000 enot.

Shima pravi, da je njegova ekipa predlagala izdelavo devet vrst čipov LSI, vendar je po večini računov to kmalu postalo predlog z 12 čipi, za nekatere čipe pa je bilo potrebno od 3.000 do 5.000 tranzistorjev - ogromno za leto 1969, ko je standardni kalkulator imel šest čipov, vsak od njih je imel od 600 do 1.000 tranzistorjev. Hoff je pogledal načrte in menil, da je žetone preveč zapleteno, "in da teh stvari ne bomo mogli izdelati do cenovnih ciljev".

Hoff si je ogledal zasnovo in imel različne koncepte, vključno s premikom od decimalne aritmetike do binarne aritmetike, z uporabo bolj splošnega namena čipa s preprostim naborom navodil.

Hoff je menil, da je načrt Busicom preveč zapleten, in namesto tega je predlagal, da bi ustvarili logični čip splošnega pomena z veliko navodili v programski opremi, shranjeni na pomnilniških čipih. Kot navaja Leslie Berlin v knjigi The Man Behind Microchip (2006, Oxford University Press), je Hoff odšel k izvršnemu direktorju Intel Noyce in razložil svoj koncept, ki bi ga sestavljal en mikroprocesor, dva pomnilniška čipa in register pomikov. "Mislim, da lahko naredimo nekaj, da to poenostavimo, " je dejal Hoff. "Vem, da je to mogoče storiti. Z njim je mogoče posnemati računalnik." Čeprav ni bil uradno zadolžen za oblikovanje čipov za stroj, mu je Noyce dal dovoljenje, da še naprej dela na konceptu.

Hoff je poleti delal na konceptih in Hoff je z inženirjem Stanleyjem Mazorjem ustvaril blokovno risbo arhitekture. To bi bil 4-bitni binarni logični čip (v nasprotju z Busicovim decimalnim dizajnom) in bi shranjeval programe za izvajanje funkcij kalkulatorja na pomnilniškem čipu, kar je bila takrat Intelova posebnost.

Obstajajo nekoliko drugačni spomini na to, kako sta Shima in Busicomova ekipa reagirala na koncept. Po Hoffu, citiranem v knjigi Michaela S. Maloneja z naslovom Intel Trinity (2014, HarperBusiness), "sem torej japonskim inženirjem podal nekaj predlogov, naj naredijo nekaj v tej smeri [splošna arhitektura] - in niso jih najmanj zanimali. Dejali so, da so prepoznali, da je dizajn preveč zapleten, vendar so delali na poenostavitvi, zato so načrtovali kalkulatorje in nič drugega. Enostavno jih ni zanimalo."

Busicomov Masatoshi Shima, ki je projekt vodil iz Busicomovega dieta, si ga zapomni nekoliko drugače. V ustni zgodovini je dejal: "Čutil sem, da je Hoffov predlog dober, a če smo sprejeli Hoffov predlog takšen, kot smo ga, smo morali projekt narediti znova od začetka." Shima je zabeležila vse podrobnosti, ki jih Hoff še ni imel.

Avgusta je Noyce poslal predsednika Busicom Yoshia Kojima, s katerim ga je opozoril, da zaradi zapletenosti Busicomove zasnove "ni možnosti, da bi te enote izdelali za 50 dolarjev / komplet tudi za najpreprostejši komplet", kar bi nakazalo, da bi dejanski stroški naj bo okoli 300 dolarjev.

Sledilo je uradno pismo Busicomu in srečanje med obema podjetjema oktobra, na katerem se je Busicom odločil, da bo šel z Intelovim dizajnom. Vendar bo trajalo do februarja 1970, da bo formalna pogodba dogovorjena.

Fagginova vloga

Busicom je pričakoval, da bo Intel delal na novem načrtu in predlagal, naj ima podjetje v bistvu dokončan diagram vezja do trenutka, ko je Shima, ki se je vrnil na Japonsko, obiskal 7. aprila 1970. Toda Intel je imel težave z drugih sekancev in se je v industriji zmanjševal in ni napredoval. Z drugimi besedami, imel je koncept za čipe, vključno z blokovnimi diagrami, kako čipi bodo morali delovati, ne pa tudi dejanske zasnove čipov: tehnične podrobnosti, kako bi se tranzistorji prilegali skupaj in jih lahko izdelali.

Intel je za vodenje tega procesa najel Federico Faggin iz podjetja Fairchild Semiconductor. Ko je opisoval, se je ta teden pridružil podjetju, ena od njegovih prvih nalog pa je bila srečati Shima in razložiti, da Intel ni imel pripravljenih čipov. "Zdaj sem imel to nalogo, ko v bistvu šest mesecev zamujam dan po začetku, " je dejal.

Kot je Faggin opisal v svoji zgodbi o rojstvu mikroprocesorja, "sem delal besno, 12 do 16 ur na dan. Najprej sem razrešil preostala arhitekturna vprašanja in nato postavil temelje oblikovalskega sloga, ki ga bom uporabil za nabor čipov. Nazadnje sem se lotil načrtovanja logike in vezja in nato postavitve štirih čipov. Moral sem razviti novo metodologijo za naključno logično zasnovo s tehnologijo silicijevih vrat; tega še nikoli nisem storil."

Tesno je sodeloval s Shimom, ki je bil nov MOS-ov dizajn, vendar je delal na LSI čipih in skupaj so ustvarili čipe, ki bodo postali MCS-4 družina. Model 4001 je bil 2.048-bitni pomnilniški čip ROM, zasnovan za programiranje. 4002 je bil 320-bitni pomnilniški čip RAM, zasnovan za predpomnilnik podatkov. 4003 je bil 10-bitni vhodno-izhodni register, ki je podatke vnašal v glavni procesor in odstranil rezultat. In končno, model 4004 je bil 4-bitna centralna procesna logična enota.

Po vsej verjetnosti je šlo za herkulen napor, saj sta Faggin in Shima razvila žetone veliko hitreje, kot je bilo običajno. Vsi različni čipi so bili v različnih obdobjih v različnih delih procesa, konec decembra pa so bile pripravljene tudi prve različice. Kot ponavadi je bilo potrebnih nekaj popravkov, vendar je Faggin do marca odposlal prvi popolnoma operativni 4004 Shima, ki se je do takrat vrnil na Japonsko. Na koncu je bil 4004 en sam silikonski čip, ki je z 2.250 posameznimi veznimi elementi meril osem do šestino palca.

V Fagginovem računu je "od ideje do popolnoma delujočega izdelka minilo nekaj manj kot eno leto." Shima pravi: "Iz splošne zamisli o Busicomu je [razvoj] trajal približno dve leti in tri mesece. In aprila 1971 je končno namizni kalkulator javno deloval. Bil sem tako navdušen!"

Intel dobi pravice

V prvotni pogodbi za čip je imel Busicom ekskluzivne pravice do modela 4004. Toda spomladi 1971 je trg kalkulatorjev upadal in Busicom je želel pogodbo ponovno pogajati. Medtem ko je bilo v Intelu nekaj pomislekov glede velikosti trga in dejstva, da je bil Intel takrat spominsko podjetje, ne procesno podjetje, so Faggin, Hoff in Mazor pritiskali na druge ljudi v podjetju, da bi dobili pravice za prodajo čipa drugim kupcem.

Kot se spominja Hoff, "Eden od argumentov, ki sem jih dobil od ljudi, ki tržimo, je bil čas, ko sem govoril:" Morali bi dobiti pravico, da ga prodate, "je dejal:" Poglejte, prodajo le približno 20.000 mini-računalnikov vsako leto. In zamujamo na trg in imeli bi srečo, da jih dobite 10 odstotkov. To je 2000 žetonov na leto. " In rekli so: "Na trgu, ki ima samo 2000 žetonov, ni vredno glavobolov podpore in vsega."

Sčasoma je Noyce posel podpisal, Intel pa je lahko zakonito prodal čip drugim podjetjem, Busicovi konkurenti so izjemali.

Toda 4004 nikoli ni našel velikega občinstva pri drugih kupcih, deloma zaradi svojih omejitev - bil je le štiritažni procesor z omejenim pomnilnikom. Medtem ko je Intel uradno objavil čip v številki izdaje Electronics News 15. novembra 1971 pod naslovom "Novo obdobje v integrirani elektroniki", ga je kopija razglasila za "mikroprogramirani računalnik na čipu". Toda industrija in sam Intel naj bi se pomerili na novejših in boljših procesorjih.

8008 - prehod na 8-bitno računalništvo

Kmalu po tem, ko je Busicom pristopil k Intelu, da bi naredil čipe za svoj kalkulator, je Computer Terminals Corporation (CTC), ki se bo kasneje imenoval Datapoint, zaprosil Intel za predlog čipov za nov računalniški terminal - zaslon in tipkovnico, ki sta zasnovana za povezavo z oddaljenim računalnikom. Spet sta Hoff in Mazor predlagala mikroprocesor za ravnanje z logiko.

Med 4004 in 8008 je bilo več velikih razlik, čeprav sta se pojavila ne dolgo. Za začetek je bil 8008 8-bitni mikroprocesor, zaradi česar je lahko hkrati delal na 8 bitov podatkov - dovolj za en "bajt" ali en znak. Tudi za razliko od 4004, ki je potreboval svoje posebne pomnilniške čipe, je bil 1201 zasnovan tako, da uporablja standardni pomnilnik.

Projekt se je začel decembra 1969 s srečanjem z Andrewom Groveom, na katerem je Datapoint zaprosil za čipe za 8-bitni računalnik. Po Mazorjevem mnenju je za Datapoint podal tri predloge - dve različici na 8-bitnem "register stack" in "celoten 8-bitni CPU na enem čipu." Do tega trenutka sta Mazor in Hoff že delala na projektu Busicom, ki bi vključeval 4004.

Približno ob istem času je Datapoint očitno zaprosil Texas Instruments za podoben dizajn. V nekaterih pripovedih je Datapoint Hoff in Mazorjevo shemo prenesel do Dallasa, kjer je ideja začela prerasti v razvojni program v TI-jevem polprevodniškem laboratoriju.

Mazor pravi, da meni, da je zelo verjetno, da je TI prvotno predlagal več čipov in da je nato Datapoint TI pripeljal Intel-jev predlog, zato je TI poskušal vgraditi čip v to specifikacijo. Toda Mazor pravi, da čip TI ne bi mogel delovati, ker je njegova specifikacija imela "napako".

Intel je najel Hal Feeney marca 1970, da se ukvarja s specifično zasnovo čipa, takrat znanega kot 1201, toliko kot je Faggin delal pri modelu 4004; in res je vsak pomagal pri drugem projektu. Delo na modelu 1201 se je nadaljevalo do sredine leta 1970, toda takrat je Intel skrbel, ali bo Datapoint dejansko uporabil čip, zato je delo postavljeno na hiatus, medtem ko sta Mazor in drugi bolj delala na 4004.

Texas Instruments je marca 1971 zasnoval čip, kar bi minilo nekaj mesecev, preden bi 4004 deloval, svoj čip pa je dejansko objavil julija 1971, nekaj mesecev pred objavo 4004. Toda tega čipa očitno nikoli ni bilo odposlano.

Toda napoved TI je spodbudila Intel, še posebej Grove, da je svoja prizadevanja podvojil na modelu 1201. Na koncu Datapoint ni uporabil niti Intel niti TI čipov. Namesto tega, ko je Intel dokončal oblikovanje, je bil Datapoint 2200 predstavljen z običajnimi čipi TTL.

Četudi Datapoint ni bil zainteresiran, je Intel začel zaznati zanimanje drugih podjetij, na primer Seiko, ki so želele sestaviti 8-bitni znanstveni kalkulator.

Približno v tej točki je Intel začel resneje razmišljati o poimenovanju. Intelova prvotna shema poimenovanja je temeljila na različnih vrstah delov, ki jih je ustvaril, zato bi imel vsak čip v družini različne številke. Faggin pravi, da se je poimenoval za družino 4000, ker je bilo bolj dosledno. Po uvedbi 4004 je marketinški oddelek 1201 spremenil v 8008, tako da je predstavljal 8-bitni čip, in tako se je imenovalo 8008, ko je bil predstavljen aprila 1972. 8008 je vodilo k velikim prizadevanjem Intela v trženju mikroprocesorjev in privedla do ustanovitve skupine Microcomputer Systems in do oblikovanja razvojnih plošč in sistemov. To je zagotovo pomagalo spodbuditi ustvarjanje številnih 8-bitnih naprav, vključno z nekaterimi stroji, ki so bili zgodnji mikroračunalniki.

Kdo si zasluži kredit?

Z leti je bilo veliko razprav o 4004, njegovem mestu prvega mikroprocesorja in zaslugah, ki si jih je zaslužil vsak izmed udeležencev.

Zgodovina integriranih vezij je ena od nadaljnjih in nadaljnjih integracij, zato je bila ideja, da bi lahko sčasoma vse funkcije, ki jih želite, spravili v "CPU na čipu", zagotovo v zraku do konca šestdesetih let prejšnjega stoletja.

Intel ni bil sam pri prepoznavanju potrebe po procesorju splošne namene, saj je bilo preveč kupcev, ki so želeli, da bi procesorji oblikovali čip po meri za vsakega od njih. Kasneje bi Hoff in Noyce zapisala: "Če bi se to nadaljevalo… bi se število potrebnih vezij razširilo več kot število načrtovalcev vezja. Hkrati bi relativna poraba vsakega vezja upadla…. Povečana konstrukcijska cena in zmanjšana uporaba bi proizvajalcem preprečila amortizacijski stroški za veliko populacijo uporabnikov in bi zmanjšali prednosti krivulje učenja."

"Ljudje so o računalniku na čipu govorili že leta, " je dejal soustanovitelj Intela Gordon Moore, "vendar je bil v prihodnosti vedno tam. Kar je Ted videl, je to, da je zaradi zapletenosti, s katero smo že sodelovali, ti bi lahko dejansko naredili tako integrirano vezje. To je bil pravi konceptualni preboj."

In celo Ted Hoff je včasih podcenjeval pomen koncepta. "Dejanski izum mikroprocesorja ni bil tako pomemben, kot preprosto razumevanje, da obstaja nekaj takega."

Toda za naslov prvega mikroprocesorja so bili še drugi kandidati. Aprila 1971 je Texas Instruments dejansko napovedal "CPU-on-a-chip", ki je bil sprva zasnovan kot pogodbeni čip za Computer Terminal Corporation (pozneje Datapoint). To očitno nikoli ni delovalo, pravzaprav je Intel delal čip za CTC z isto specifikacijo; to je bilo znano kot 1201 in bi se na koncu preimenoval v 8008. Morda je še pomembneje, da sta konec leta 1971 inženirja Texas Instruments Gary Boone in Michael Cochrane izdelala prvi prototip integriranega vezja, ki je vseboval vhodno-izhodno vezje, pomnilnik in centralno procesor vse v enem čipu, v nasprotju s štirimi čipi MCS-4. Znan kot TMS1000, je bil ta prvotno uporabljen v TI kalkulatorju in je bil na voljo v prodaji leta 1974. Boone je prejel patent za svoj CPU leta 1973, kasneje pa sta Boone in Cochran prejela patent za računalnik na čipu.

Intelov patentni odvetnik je bil skeptičen do velikih zahtevkov in se je uprl Hoffovi želji, da bi delo patentiral kot "računalnik", ker bi bilo tako zapleteno in ker so drugi imeli koncept, da računalnik postavijo na čip. Po Hoffovih besedah ​​"je dejal, da jih niso vredni, in je v bistvu zavrnil pisanje patenta." Namesto tega so vložili bolj posebne in bolj omejene patente. Intel je prejel dva patenta: Hoff, Mazor in Faggin so prejeli enega o "Pomnilniškem sistemu za večnamenski digitalni računalnik", ki zajema zunanjo organizacijo vodila in shemo naslavljanja pomnilnika v naboru čipov Intel MCS-4, Faggin pa enega za vezje, ki bi lahko ponastavilo CPU, ko je napajanje vklopljeno.

Leta kasneje je izumitelj Gilbert Hyatt dobil patent za mikroprocesor, ki ga je vložil leta 1970, na podlagi izuma, za katerega pravi, da ga je izdelal leta 1968 pri svojem podjetju Microcomputer Inc., vendar se zdi, da ta ni bil izdelan. Medtem so Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase in RCA prav tako delali na mikroprocesorskih napravah. Še vedno pa 4004 skoraj na splošno velja za prvi mikroprocesor.

Med Intelovo ekipo je bilo tudi polemik glede delitve kredita. Večina opazovalcev je zaslužna za vse štiri moške, ki so neposredno sodelovali pri ustvarjanju nabora čipov, vendar ni vedno tako.

Faggin naj bi zapustil Intel konec leta 1974, le nekaj mesecev po uvedbi 8080, da bi začel Zilog, s seboj vzel Shima in druge Intelove inženirje, po Fagginovem pripovedovanju pa je to razjezilo Intelovega Andyja Grovea. Malone citira Faggina in pravi: "Spominjam se, da mi je govoril:" Nikoli ne boste uspeli, ne glede na to, kaj boste počeli. Ne boste imeli ničesar povedati svojim otrokom in vnukom. " V teh besedah ​​je bilo implicitno, da v polprevodnikih ne bom imel zapuščine. Da mi nikoli ne bi bil zaslužen za to, kar sem delal pri Intelu. Bilo je, kot da me je preklinjal."

Ne glede na to, ali je bilo to tako dramatično ali ne, zdi se, da je Intel Hoffu večino zaslug dal, in to se je nadaljevalo v mnogih zgodovinah. Na primer, tako TR Reid v The Chip (2001, Random House Trade Paperback) in Dirk Hansen's The New Alchemists (1983, The Book Service Ltd) dajeta Hoffu skoraj edino zaslugo, prav tako Groffov biograf Richard Tedlow. Dejansko Malone pravi, da je Intel od takrat naprej vse zasluge za mikroprocesorja Hoffu, nobenega pa Fagginu do leta 2009 s premiero dokumentarnega filma o ustanovitvi Silicijeve doline, The Real Revolutionary (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment)..

Vendar obstajajo tudi druge zgodovine, ki kažejo na Fagginovo vlogo (in na Shima in Mazorja, ki ju še pogosteje spregledamo), ki segata v intervjuje, ki jih je Hoff dal v osemdesetih letih prejšnjega stoletja. Leta 1993 je Intelova publikacija, ki praznuje 25-letnico podjetja, zaslužila Hoffa za rešitev in mu dala skoraj celotno sliko strani, vendar je bil Faggin prepoznan, ker je "Hoffovo vizijo spremenil v silikonsko resničnost." Leta 1996, ko smo na dogodku v Comdexu praznovali 25-letnico mikroprocesorja, mi je Intel pomagal vzpostaviti stik z vsemi štirimi ustvarjalci, ki so prejeli nagrado PC Magazine za življenjsko delo.

Dejansko se zdi pomembno zaslužiti vse štiri moške - Hoffa za njegovo vizijo in osnovne koncepte, Mazorja za programiranje in delo na blokovnih diagramih, Shima za ustvarjanje logične zasnove in Faggin za ustvarjanje impresivne silikonske zasnove čipov. Skupaj so ustvarili prvi splošni mikroprocesor in s tem ustvarili temelje ne le za to, kar bi postalo industrija osebnih računalnikov, temveč tudi za nešteto število drugih elektronskih naprav. Vsako leto se proda dobesedno več milijard mikroprocesorjev - vsi veliko bolj zapleteni od prvotnih 4004 - in brez njih naš sodobni elektronski svet ne bi bil mogoč.