Zrod mikroprocesora

Intel 4004 je považovaný za prvý mikroprocesor - inými slovami za prvý univerzálny počítač na čipe - ale jeho vytvorenie spoločnosťou Intel prišlo k kombinácii tvrdej práce, správneho načasovania a prostého šťastia.

Príbeh čipu sa skutočne začína v roku 1969, keď sa japonská spoločnosť s názvom Nippon Calculating Machine Corporation (známa ako Busicom, po mene svojich kalkulačiek) zmluvne dohodla s Intel na zostavenie čipov potrebných pre novú kalkulačku. Busicom bola relatívne malá kalkulačka, ktorá stratila podiel na rýchlo sa upevňujúcom trhu a potrebovala nové riešenie. A Intel bol startup, založený v roku 1968 s približne 200 zamestnancami, ktorý sa väčšinou zameriaval na budovanie pamäťových čipov.

Obaja potrebovali niečo nové.

Spoluzakladateľ spoločnosti Intel a potom generálny riaditeľ Robert Noyce navštívili Japonsko koncom roku 1968 a hľadali zákazníkov. Noyce sa stretol so Sharpom, potom jedným z vedúcich predstaviteľov kalkulačiek, ale Sharp už mal existujúce zmluvy. Takže Sharp Tadashi Sasaki hovorí, že predstavil Noyce prezidentovi Busicomu Yoshio Kojimovi, a tak spoločnosť Intel dostala zmluvu na vybudovanie čipov pre kalkulačku spoločnosti Busicom.

Marcian Edward "Ted" Hoff, ktorý nastúpil do spoločnosti Intel ako zamestnanec č. 12 v roku 1968, bol poverený výrobou produktov, ktoré umožnia ľuďom prejsť zo staršej základnej pamäte na nové pamäťové čipy spoločnosti Intel. Vo svojom rozprávaní sa prvý zákazkový projekt spoločnosti Intel mal uskutočniť pre spoločnosť, ktorú poznáme ako Electro Technical Industries, ale ktorá sa najviac nazýva Busicom.

Podľa Masatoshiho Šimu, mladého inžiniera v Busicome, ktorý sa však chcel stať dôležitou súčasťou dizajnérskeho tímu, mala spoločnosť v úmysle postaviť sériu čipov určených na všeobecné použitie, ktoré by sa používali nielen pre stolovú kalkulačku, ale aj obchodné stroje, ako je fakturačná jednotka, registračná pokladňa a bankomat. “ Busicom to v tom čase spoločnosti Intel nepovedal, „pretože to bola dôverná vec medzi spoločnosťami Busicom a NCR Japan“, preto si spoločnosť Intel myslela, že cieľom je iba vybudovať výkonnejšiu kalkulačku.

Pôvodná zmluva bola podpísaná v apríli 1969 a koncom júna do spoločnosti Intel prišli Shima a ďalší dvaja inžinieri spoločnosti Busicom. Pôvodný plán nechal inžinieri spoločnosti Busicom navrhnúť sériu čipov LSI a spoločnosť Intel ich vyrobila pomocou technológie MOS (metal-oxide-polovodič). Spoločnosť Intel mala dostať 100 000 dolárov za vytvorenie čipových sád a potom 50 dolárov za každú vyrobenú súpravu, pričom spoločnosť Busicom sa zaviazala prinajmenšom 60 000 kusov.

Šima tvrdí, že jeho tím navrhol vyrobiť deväť druhov čipov LSI, ale podľa väčšiny účtov sa toto čoskoro stalo návrhom s 12 čipmi, pričom niektoré čipy vyžadujú každý 3 000 až 5 000 tranzistorov - obrovské množstvo za rok 1969, keď mala štandardná kalkulačka šesť čipov, každý z nich mal 600 až 1 000 tranzistorov. Hoff sa pozrel na plány a myslel si, že čipy sú príliš zložité na to, aby sa vyrobili, a „že by sme tieto veci nedokázali vyrobiť podľa cenových cieľov“.

Hoff sa pozrel na dizajn a mal rôzne koncepcie, vrátane prechodu od desatinnej aritmetickej k binárnej aritmetike, s použitím univerzálneho čipu s jednoduchou inštrukčnou sadou.

Hoff si myslel, že Busicomov plán je príliš komplikovaný a namiesto toho navrhol vytvorenie logického čipu na všeobecné použitie, s mnohými pokynmi v softvéri uloženom na pamäťových čipoch. Ako sa uvádza v dokumente Leslie Berlin The Man Za mikročipom (2006, Oxford University Press), Hoff šiel za generálnym riaditeľom spoločnosti Noyce a vysvetlil svoju koncepciu, ktorá by sa skladala z jedného mikroprocesora, dvoch pamäťových čipov a posunového registra. „Myslím, že môžeme urobiť niečo pre zjednodušenie, “ povedal Hoff. „Viem, že sa to dá urobiť. Môže sa stať, že napodobní počítač.“ Aj keď nebol poverený úlohou navrhovať čipy pre tento stroj, Noyce mu dal povolenie pokračovať v práci na koncepte.

Hoff pracoval na konceptoch v lete as inžinierom Stanleym Mazorom vytvoril Hoff blokovú kresbu architektúry. Išlo by o 4-bitový binárny logický čip (na rozdiel od desatinného návrhu Busicomu) a ukladal by programy na spustenie funkcií kalkulačky na pamäťový čip, ktorý bol v tom čase špecialitou spoločnosti Intel.

Existujú trochu odlišné spomienky na to, ako reagovali Šima a tím Busicom na tento koncept. Podľa Hoffa, citovaného v knihe The Intel Trinity (2014, HarperBusiness) Michaela S. Maloneho, „Preto som japonským inžinierom predložil niekoľko návrhov, aby urobili niečo v tomto duchu [všeobecná architektúra] - a nemali najmenší záujem. „Povedali, že uznali, že návrh je príliš komplikovaný, ale pracovali na zjednodušení a že sa chystali navrhnúť kalkulačky a nič iné. Jednoducho ich nezaujímali.“ “

Busicomov Masatoshi Shima, ktorý projekt realizoval z Busicomovej smrti, si na to trochu inak spomína. V ústnej histórii povedal: „Cítil som, že Hoffov návrh bol dobrý, ale ak sme Hoffov návrh akceptovali, museli sme tento projekt robiť znova od začiatku.“ Shima si všimol všetky podrobnosti, ktoré Hoff ešte nemal.

V auguste Noyce poslal poznámku prezidentovi Busicomu Yoshii Kojimovi, ktorý ho upozornil, že z dôvodu zložitosti dizajnu Busicomu neexistuje „žiadna možnosť, že by sme mohli tieto jednotky vyrobiť za 50 dolárov / súpravu aj pre najjednoduchšiu súpravu“, a navrhnúť skutočné náklady byť okolo 300 dolárov.

Nasledoval formálny list spoločnosti Busicom a stretnutie oboch spoločností v októbri, kde sa spoločnosť Busicom rozhodla ísť s dizajnom spoločnosti Intel. Formálna zmluva by sa však mala dohodnúť až do februára 1970.

Fagginova úloha

Busicom očakával, že spoločnosť Intel pracuje na novom pláne a navrhla, aby spoločnosť mala v podstate hotový obvodový diagram v čase, keď sa Shima, ktorý sa vrátil do Japonska, na návštevu 7. apríla 1970. Intel mal však problémy s ďalšie čipy a prechádza poklesom v priemysle a nedosiahli žiadny pokrok. Inými slovami, mal koncept pre čipy, vrátane blokových schém, ako by čipy museli fungovať, ale nie skutočné návrhy čipov: technické podrobnosti o tom, ako by tranzistory zapadali do seba a ako by sa mohli vyrábať.

Na tento proces si spoločnosť Intel najala Federica Faggina z Fairchild Semiconductor. Ako to opisuje, do týždňa vstúpil do spoločnosti a jednou z jeho prvých úloh bolo splniť Shimu a vysvetliť, že spoločnosť Intel nemá čipy pripravené. „Teraz som mal túto úlohu, kde som v podstate o šesť mesiacov neskôr, keď som začal, “ povedal.

Ako to opísal Faggin vo svojom príbehu o narodení mikroprocesora, „pracoval som zúrivo, 12 až 16 hodín denne. Najprv som vyriešil zostávajúce architektonické problémy a potom som položil základy dizajnu, ktorý by som použil na Nakoniec som začal s návrhom logiky a obvodov a potom s rozložením štyroch čipov. Musel som vyvinúť novú metodológiu pre náhodné logické navrhovanie s technológiou kremíkových brán; nikdy predtým sa tak nestalo. ““

Úzko spolupracoval so Shimou, ktorá bola nováčikom v dizajne MOS, ale pracovala na čipoch LSI a spoločne vytvorili čipy, ktoré sa stanú rodinou MCS-4. Model 4001 bol 2 048-bitový pamäťový čip ROM určený na uchovávanie programovania. 4002 bol 320-bitový RAM pamäťový čip navrhnutý ako vyrovnávacia pamäť pre dáta. 4003 bol 10-bitový register vstup-výstup na privádzanie údajov do hlavného procesora a odstránenie výsledku. A nakoniec, model 4004 bol 4-bitová centrálna procesorová logická jednotka.

Podľa všetkého to bolo herkulovské úsilie, pretože Faggin a Shima vyvíjali čipy oveľa rýchlejšie, ako bolo normálne. Rôzne čipy boli všetky v rôznych častiach procesu v rôznych časoch a na konci decembra boli pripravené prvé verzie. Ako zvyčajne to vyžadovalo určité vylepšenia, ale do marca Faggin dodal prvú plne funkčnú 4004 do Šimy, ktorá sa dovtedy vrátila do Japonska. Nakoniec 4004 bol jediný kremíkový čip, ktorý meral jednu osminu až jednu šestinu palca s 2 250 jednotlivými obvodovými prvkami.

Na účet Faggina: „Trvalo trochu menej ako jeden rok, kým sa myšlienka dostala na plne funkčný produkt.“ Podľa Šimy, „Z všeobecnej myšlienky Busicomu to trvalo [vývoj] asi dva roky a tri mesiace. A v apríli 1971 konečne stolová kalkulačka pracovala na verejnosti. Bola som tak nadšená!“

Intel získava práva

V pôvodnej zmluve na čip mala spoločnosť Busicom výhradné práva na 4004. Na jar 1971 však trh s kalkulačkami klesal a spoločnosť Busicom chcela zmluvu znovu prerokovať. Aj keď v rámci spoločnosti Intel existovali určité obavy týkajúce sa veľkosti trhu a skutočnosti, že spoločnosť Intel bola potom pamäťovou spoločnosťou, nie spracovateľskou spoločnosťou, Faggin, Hoff a Mazor tlačili na ostatných ľudí v spoločnosti, aby dostali späť práva na predaj čipu. ostatným zákazníkom.

Ako Hoff pripomína, „Jedným z argumentov, ktoré som dostal od marketingových ľudí, bol čas, keď som hovoril:„ Mali by ste dostať právo predať ho, “povedal:„ Pozri, predávajú každý rok iba asi 20 000 minipočítačov. „A my prichádzame neskoro na trh a mali by ste šťastie, že z toho získate 10 percent. To je 2 000 žetónov ročne.“ A oni povedali: „Stálo to za to len bolesti hlavy podpory a všetko pre trh s iba 2 000 čipmi.“ “

Nakoniec Noyce podpísal zmluvu a Intel bol legálne schopný predať čip iným spoločnostiam, okrem konkurentov spoločnosti Busicom.

4004 však nikdy nenašlo veľké publikum s ostatnými zákazníkmi, čiastočne kvôli jeho obmedzeniam - bol to iba štvorbitový procesor s obmedzenou pamäťou. Zatiaľ čo spoločnosť Intel oficiálne oznámila tento čip vydaním 15. novembra 1971 v čísle Electronics News pod nadpisom „Nová éra v integrovanej elektronike“, pričom jeho kópia ho označila ako „mikroprogramovateľný počítač na čipe“. Priemysel a samotný Intel sa však chystali presunúť na novšie a lepšie procesory.

8008 - prechod na 8-bitové výpočty

Krátko po tom, čo sa Busicom priblížil spoločnosti Intel, aby urobil čipy pre svoju kalkulačku, spoločnosť Computer Terminals Corporation (CTC), neskôr nazývaná Datapoint, požiadala spoločnosť Intel o návrh čipov pre nový počítačový terminál - obrazovku a klávesnicu navrhnutú na pripojenie k vzdialenému počítaču., Hoff a Mazor opäť navrhli mikroprocesor na zvládnutie logiky.

Medzi 4004 a 8008 bolo niekoľko veľkých rozdielov, aj keď sa nezdajúlo príliš vzdialené. Po prvé, 8008 bol 8-bitový mikroprocesor, vďaka čomu bolo dosť práce na 8 bitoch údajov - dosť na jeden „bajt“ alebo jeden znak - naraz. Na rozdiel od 4004, ktoré si vyžadovali vlastné špeciálne pamäťové čipy, bol 1201 navrhnutý na používanie štandardnej pamäte.

Projekt sa začal v decembri 1969 stretnutím s Andrewom Groveom, počas ktorého Datapoint požiadal o čipy pre 8-bitový počítač. Podľa Mazora predložil spoločnosti Datapoint tri návrhy - dve variácie na 8-bitovom "stacke" a "celý 8-bitový procesor na jednom čipe". V tomto okamihu už Mazor a Hoff pracovali na projekte Busicom, ktorý bude zahŕňať 4004.

Približne v rovnakom čase spoločnosť Datapoint zjavne požiadala spoločnosť Texas Instruments o podobný návrh. V niektorých rozprávaniach preniesol Datapoint schéma Hoffa a Mazora do Dallasu, kde sa tento nápad začal rozvíjať v vývojovom programe v polovodičovom laboratóriu TI.

Mazor tvrdí, že si myslí, že je veľmi pravdepodobné, že spoločnosť TI pôvodne navrhla súpravu s viacerými čipmi a potom spoločnosť Datapoint priniesla návrh spoločnosti Intel na spoločnosť TI, takže sa spoločnosť TI pokúsila vybudovať čip podľa tejto špecifikácie. Mazor však tvrdí, že čip TI nemohol fungovať, pretože jeho špecifikácia mala „chybu“.

Intel najal Hala Feeneya v marci 1970, aby pracoval na špecifickom dizajne čipu, vtedy známeho ako 1201, podobne ako Faggin pracoval na 4004; a skutočne, každý pomohol pri druhom projekte. Práce na 1201 pokračovali až do polovice roku 1970, ale potom sa spoločnosť Intel obávala, či Datapoint skutočne použije čip, takže sa práca dala na hiatus, zatiaľ čo Mazor a ďalší pracovali viac na 4004.

Spoločnosť Texas Instruments mala návrh čipov v marci 1971, čo by bolo pár mesiacov pred tým, ako 4004 pracuje, a svoj čip v skutočnosti ohlásil v júli 1971, niekoľko mesiacov pred oznámením 4004. Tento čip však zjavne nebol dodaný.

Oznámenie TI však podnietilo Intel, a najmä Grove, aby zdvojnásobil svoje úsilie na 1201. Nakoniec Datapoint nepoužil ani čipy Intel, ani TI. Namiesto toho, v čase, keď Intel dokončil návrh, bol Datapoint 2200 zavedený pomocou bežných TTL čipov.

Aj keď sa spoločnosť Datapoint nezaujímala, spoločnosť Intel sa začala zaujímať o ďalšie spoločnosti, napríklad Seiko, ktoré chceli zostaviť 8-bitovú vedeckú kalkulačku.

Okolo tohto bodu spoločnosť Intel začala vážne uvažovať o pomenovávaní. Pôvodná schéma pomenovávania spoločnosti Intel bola založená na rôznych druhoch častí, ktoré vytvára, takže každý čip v rodine by mal rôzne čísla. Faggin hovorí, že prišiel s pomenovaním pre rodinu 4000, pretože to bolo dôslednejšie. Takže po zavedení 4004 marketingové oddelenie zmenilo 1201 na 8008, aby odrážalo jeho 8-bitový čip, a to sa nazývalo 8008, keď bolo zavedené v apríli 1972. 8008 viedlo k veľkému úsiliu spoločnosti Intel o mikroprocesorový marketing a viedlo k vytvoreniu skupiny mikropočítačových systémov ak vytvoreniu vývojových dosiek a systémov. To zase pomohlo urýchliť vytvorenie radu 8-bitových zariadení, vrátane niektorých strojov, ktoré boli skorými mikropočítačmi.

Kto si zaslúži kredit?

V priebehu rokov sa viedlo veľa diskusií o 4004, o jeho mieste ako prvého mikroprocesora ao úvere, ktorý si každý z účastníkov zaslúžil.

História integrovaných obvodov je ďalšou a ďalšou integráciou, takže myšlienka, že by ste nakoniec mohli vložiť všetky požadované vlastnosti do „CPU na čipe“, bola určite vo vzduchu do konca 60. rokov.

Spoločnosť Intel nebola sama v uznaní potreby univerzálneho procesora, pretože priveľa zákazníkov požadovalo, aby procesory navrhli pre každý z nich vlastný čip. Neskôr by Hoff a Noyce napísali: „Ak by to pokračovalo… počet potrebných okruhov by sa rozšíril nad počet návrhárov obvodov. Zároveň by relatívne použitie každého okruhu kleslo… Zvýšené náklady na návrh a znížené používanie by výrobcom znemožnili amortizácia nákladov na veľkú populáciu používateľov a znížila by výhody krivky učenia sa. ““

„Ľudia hovorili o počítači na čipe už roky, “ povedal spoluzakladateľ spoločnosti Intel Gordon Moore, „ale v budúcnosti to vždy bolo. Ted videl, že so zložitosťou, s ktorou už pracujeme, ste vy mohol skutočne vytvoriť integrovaný obvod, ako je ten teraz. To bol skutočný koncepčný prielom. ““

A dokonca aj Ted Hoff niekedy bagatelizoval význam tohto konceptu. „Samotný vynález mikroprocesora nebol taký dôležitý, ako len oceniť, že pre takúto vec existuje trh.“

Existovali však aj ďalší uchádzači o titul prvého mikroprocesora. Spoločnosť Texas Instruments v apríli 1971 v skutočnosti oznámila „CPU-on-a-chip“, pôvodne navrhnutý ako zmluvný čip pre spoločnosť Computer Terminal Corporation (neskôr Datapoint). To zrejme nikdy nefungovalo a Intel v skutočnosti pracoval na čipe pre CTC s rovnakou špecifikáciou; toto bolo známe ako 1201 a nakoniec by sa premenovalo na 8008. Možno, čo je dôležitejšie, koncom roka 1971 spoločnosť Texas Instruments Engineer Gary Boone a Michael Cochrane vyrobili prvý prototyp integrovaného obvodu, ktorý zahŕňal vstupno-výstupný obvod, pamäť a centrálny počítač. procesor na jednom čipe, na rozdiel od štvorčipovej sady MCS-4. Známy ako TMS1000, pôvodne sa používal v kalkulačke TI a bol komerčne dostupný v roku 1974. Boone dostal patent na svoj CPU v roku 1973 a neskôr Boone a Cochran dostali patent na počítač na čipe.

Patentový zástupca spoločnosti Intel bol skeptický voči veľkým nárokom a odolal Hoffovej túžbe patentovať prácu ako „počítač“, pretože by to bolo také komplikované a pretože ostatní mali koncept umiestnenia počítača na čip. Podľa Hoffa „povedal, že to za to nestoja a v tej dobe odmietol napísať patent.“ Namiesto toho podali konkrétnejšie a obmedzenejšie patenty. Spoločnosť Intel získala dva patenty: Hoff, Mazor a Faggin dostali jeden patent na „Pamäťový systém pre digitálny počítač s viacerými čipmi“, ktorý sa týka organizácie externej zbernice a schémy adresovania pamäte čipovej sady Intel MCS-4, zatiaľ čo spoločnosť Faggin získala jeden pre obvod, ktorý by mohol resetovať CPU po zapnutí napájania.

O niekoľko rokov neskôr bol vynálezcovi Gilbertovi Hyattovi udelený patent na mikroprocesor, ktorý podal v roku 1970 na základe vynálezu, ktorý uviedol v roku 1968 vo svojej spoločnosti Microcomputer Inc. Zdá sa však, že sa nevyrába. Medzitým Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase a RCA tiež pracovali na mikroprocesorových zariadeniach. Napriek tomu je 4004 takmer všeobecne považovaný za prvý mikroprocesor.

Medzi tímami spoločnosti Intel sa objavili aj spory týkajúce sa rozdelenia kreditu. Väčšina pozorovateľov pripisuje všetkým štyrom mužom priamo zapojeným do vytvárania čipovej sady, ale nie vždy to tak je.

Faggin mal opustiť Intel na konci roku 1974, len niekoľko mesiacov po zavedení 8080, aby začal Zilog, vzal so sebou Šimu a ďalších inžinierov spoločnosti Intel, a podľa Fagginovho rozprávania to rozhnevalo Andyho hája spoločnosti Intel. Malone cituje Faggina a hovorí: „Pamätám si, že mi povedal, „ Nikdy nebudeš uspieť, bez ohľadu na to, čo budeš robiť. Nebudeš mať čo povedať svojim deťom a vnúčatám. “ V týchto slovách bolo implicitne to, že v polovodičoch nebudem mať žiadny odkaz. Že by som nikdy nebol ocenený za to, čo som robil v spoločnosti Intel. Bolo to, akoby na mňa vrhol kliatbu. ““

Či už to bolo také dramatické alebo nie, zdá sa, že spoločnosť Intel poskytla najviac zásluhy spoločnosti Hoff, a to pokračovalo v mnohých dejinách. Napríklad TR Reid v The Chip (2001, brožúry Random House Trade Paperbacks) a Dirk Hansen's The New Alchemists (1983, The Book Service Ltd) dávajú Hoffovi takmer výhradný kredit, rovnako ako životopisec Grove Richard Tedlow. Malone hovorí, že od tej doby spoločnosť Intel poskytla všetku zásluhu za mikroprocesor spoločnosti Hoff a žiadna spoločnosti Faggin až do roku 2009 premiérou filmu Skutočné revolucionári (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), dokument o založení spoločnosti Silicon Valley., Existujú však aj iné histórie, ktoré poukazujú na úlohu Faggina (a tie zo Shima a Mazora, ktoré sú ešte častejšie prehliadané), ktoré sa vracajú k rozhovorom, ktoré dal Hoff v 80. rokoch. V roku 1993 publikácia Intel oslavujúca 25. výročie spoločnosti pripísala spoločnosti Hoff riešenie a poskytla mu takmer celý obrázok na stránke, ale Fagginovi bolo udelené uznanie za premenu „Hoffovej vízie na kremíkovú realitu“. V roku 1996, keď sme oslávili 25. výročie mikroprocesora na podujatí v spoločnosti Comdex, mi spoločnosť Intel pomohla dostať sa do kontaktu so všetkými štyrmi tvorcami, ktorí získali cenu PC Magazine Lifetime Achievement Award.

Vskutku sa zdá byť dôležité oceniť všetkých štyroch mužov - Hoffa za jeho víziu a základné koncepcie, Mazora za programovanie a prácu na blokových diagramoch, Šimu za vytvorenie logického dizajnu a Faggina za vytvorenie pôsobivého kremíkového dizajnu pre čipy. Spoločne vytvorili prvý univerzálny mikroprocesor a vytvorili tak základ nielen pre to, čo by sa stalo v priemysle osobných počítačov, ale aj pre nespočetné množstvo iných elektronických zariadení. Doslova sa každý rok predáva miliardy mikroprocesorov - všetko oveľa zložitejšie ako pôvodných 4004 - a bez nich by náš moderný elektronický svet nebol možný.