Nașterea microprocesorului

Intel 4004 este considerat primul microprocesor - cu alte cuvinte, primul computer cu scop general de pe un cip - însă crearea sa de către Intel a ajuns la o combinație de muncă grea, sincronizare potrivită și doar noroc.

Povestea cipului începe cu adevărat în 1969, când o companie japoneză a numit Nippon Calculating Machine Corporation (cunoscută sub numele de Busicom, după numele calculatoarelor sale) s-a contractat cu Intel pentru a construi cipurile necesare unui nou calculator. Busicom a fost o companie de calculatoare relativ mică care pierde cota pe o piață cu consolidare rapidă și avea nevoie de o nouă soluție. Și Intel a fost un startup, fondat în 1968 cu aproximativ 200 de angajați, concentrându-se în mare parte pe construirea de cipuri de memorie.

Amândoi aveau nevoie de ceva nou.

Co-fondatorul Intel și apoi CEO-ul Robert Noyce au vizitat Japonia în jurul sfârșitului anului 1968, în căutarea clienților. Noyce a avut o întâlnire cu Sharp, apoi unul dintre liderii calculatoarelor, dar Sharp avea deja contracte existente. Așadar, Tadashi Sasaki de Sharp spune că l-a prezentat pe Noyce președintelui Busicom, Yoshio Kojima, și că așa a primit Intel contractul pentru construirea cipurilor pentru calculatorul lui Busicom.

Marcian Edward "Ted" Hoff, care s-a alăturat Intel ca angajat nr. 12 în 1968, a fost desemnat să creeze produse care să-i determine pe oameni să treacă de la memoria de bază mai veche la cipurile de memorie Intel noi. În spusele sale, primul proiect personalizat al lui Intel urma să fie realizat pentru o companie pe care o cunoaște drept Electro Technical Industries, dar pe care o numea cel mai mult Busicom.

Potrivit lui Masatoshi Shima, atunci un tânăr inginer la Busicom, dar destinat să devină o parte importantă a echipei de proiectare, compania avea în plan să construiască o serie de cipuri cu scop general "care să fie utilizate nu numai pentru un calculator desktop, ci și pentru un calculator mașină de afaceri, cum ar fi o mașină de facturare, casa de marcat și o casierie. " Însă, Busicom nu i-a spus lui Intel acest lucru „pentru că era problema confidențială dintre Busicom și NCR Japonia”, așa că Intel a crezut că obiectivul era doar construirea unui calculator mai puternic.

Contractul inițial a fost semnat în aprilie 1969, iar la sfârșitul lunii iunie, Shima și alți doi ingineri Busicom au ajuns la Intel. Planul inițial avea inginerii Busicom care proiectau o serie de cipuri LSI și Intel realizând cipurile folosind tehnologia MOS (metal-oxid-semiconductor). Intel urma să primească 100.000 de dolari pentru a crea seturi de cipuri și apoi 50 de dolari pentru fiecare set realizat, Busicom angajând cel puțin 60.000 de unități.

Shima spune că echipa sa și-a propus să facă nouă tipuri de cipuri LSI, dar, în majoritatea conturilor, aceasta a devenit curând o propunere cu 12 cipuri, unele dintre cipuri necesitând 3.000 până la 5.000 de tranzistoare fiecare - o sumă enormă pentru 1969, când calculatorul standard avea șase cipuri, fiecare dintre ele având între 600 și 1.000 de tranzistoare. Hoff s-a uitat la planuri și a considerat că chipsurile sunt prea complicate pentru a face și „că nu vom fi capabili să fabricăm aceste lucruri în funcție de țintele de preț”.

Hoff a analizat designul și a avut o varietate de concepte, inclusiv trecerea de la aritmetica zecimală la aritmetica binară, folosind un cip cu scop mai general, cu un set de instrucții simple.

Hoff a crezut că planul Busicom a fost prea complicat și a sugerat în schimb crearea unui cip logic cu scop general, cu multe dintre instrucțiunile din software stocate pe cipurile de memorie. După cum este citat în The Man Behind the Microchip (2006, Oxford University Press), al lui Leslie Berlin, Hoff a fost la CEO-ul Intel Noyce și a explicat conceptul său, care va consta dintr-un microprocesor, două cipuri de memorie și un registru de schimburi. "Cred că putem face ceva pentru a simplifica acest lucru", a spus Hoff. "Știu că se poate face acest lucru. Se poate face pentru a emula un computer." Deși nu i s-a atribuit oficial sarcina de a proiecta cipurile pentru mașină, Noyce i-a acordat permisiunea de a continua să lucreze la concept.

Hoff a lucrat la concepte peste vară, iar cu inginerul Stanley Mazor, Hoff a creat un desen în bloc al arhitecturii. Acesta ar fi un cip logic binar pe 4 biți (spre deosebire de designul zecimal al lui Busicom) și ar stoca programele pentru rularea funcțiilor calculatorului pe un cip de memorie, care era specialitatea Intel la acea vreme.

Există amintiri oarecum diferite despre modul în care Shima și echipa Busicom au reacționat la concept. Potrivit lui Hoff, citat în The Intel Trinity (2014, HarperBusiness), de Michael S. Malone, „Așa că am făcut câteva propuneri inginerilor japonezi pentru a face ceva pe aceste linii [arhitectura cu scop general] - și nu au fost cei mai puțin interesați. Au spus că au recunoscut că designul a fost prea complicat, dar au lucrat la simplificare și că au fost proiectați calculatoare și nimic altceva. Pur și simplu nu erau interesați."

Masatoshi Shima al lui Busicom, care a condus proiectul din moartea lui Busicom, își amintește un pic diferit. Într-o istorie orală, el a spus: „Am simțit că propunerea lui Hoff este bună, dar dacă acceptam propunerea lui Hoff așa cum era, trebuia să facem din nou proiectul încă de la început”. Shima a remarcat toate detaliile pe care Hoff nu le avea încă.

În august, Noyce a trimis o notă președintelui Busicom, Yoshia Kojima, avertizându-l că, din cauza complexității proiectării lui Busicom, nu există „nicio posibilitate să putem produce aceste unități pentru 50 USD / kit, chiar și pentru cel mai simplu kit” și sugerând costul real fi în jur de 300 USD.

Aceasta a fost urmată de o scrisoare oficială către Busicom și o întâlnire între cele două companii în octombrie, în care Busicom a decis să meargă cu designul Intel. Dar până în februarie 1970 ar fi fost convenit contractul formal.

Rolul Fagginului

Busicom se aștepta ca Intel să lucreze la noul plan și a sugerat ca compania să aibă o diagramă de circuit completată substanțial până când Shima, care s-a întors în Japonia, a venit pentru o vizită pe 7 aprilie 1970. Dar Intel avea probleme cu alte jetoane și trecând printr-o încetinire a industriei și nu au făcut progrese. Cu alte cuvinte, avea conceptul pentru jetoane, inclusiv diagrame bloc ale modului în care cipurile ar trebui să funcționeze, dar nu design-urile efective ale cipurilor: detaliile tehnice ale modului în care tranzistorii s-ar potrivi și ar putea fi fabricate.

Pentru a conduce acel proces, Intel l-a angajat pe Federico Faggin de la Fairchild Semiconductor. După cum o descrie, s-a alăturat companiei în acea săptămână, iar una dintre primele sale sarcini a fost să-l întâlnească pe Shima și să explice că Intel nu avea jetoanele pregătite. "Am avut acum această sarcină în care am, în esență, cu șase luni întârziere a doua zi după ce încep", a spus el.

După cum l-a descris Faggin în povestea sa despre nașterea microprocesorului, „am lucrat furios, între 12 și 16 ore pe zi. Mai întâi, am rezolvat problemele arhitecturale rămase și apoi am pus bazele stilului de design pe care l-aș folosi setul de cipuri. În sfârșit, am început logica și designul circuitului și apoi aspectul celor patru jetoane. A trebuit să dezvolt o nouă metodologie pentru proiectarea logicii aleatorii cu tehnologia porții de siliciu; niciodată nu a fost făcută până acum."

A lucrat îndeaproape cu Shima, care era nou în proiectarea MOS, dar lucrase la cipurile LSI și împreună au creat cipurile care vor deveni familia MCS-4. Modelul 4001 a fost un cip de memorie ROM de 2.048 de biți, conceput pentru a menține programarea. 4002 a fost un cip de memorie RAM pe 320 de biți, conceput pentru a fi un cache pentru date. 4003 a fost un registru de intrare-ieșire pe 10 biți pentru a introduce datele în procesorul principal și a elimina rezultatul. Și în final, modelul 4004 a fost o unitate logică de procesare centrală pe 4 biți.

Din toate conturile, acesta a fost un efort herculean, Faggin și Shima dezvoltând jetoane mult mai repede decât era normal. Diferitele cipuri au fost toate în diferite părți ale procesului în momente diferite, iar la sfârșitul lui decembrie primele versiuni erau gata. Ca de obicei, acestea au necesitat unele modificări, însă până în martie, Faggin a expediat primul 4004 complet operațional către Shima, care până atunci se întorsese în Japonia. În cele din urmă, 4004 a fost un singur cip de siliciu care a măsurat o optime cu o șesime de un inch cu 2.250 de elemente de circuit individuale.

În contul Faggin, "A durat puțin mai puțin de un an să trecem de la idee la un produs pe deplin funcțional." Potrivit lui Shima, „Din ideea generală a Busicom, [dezvoltarea] a durat aproximativ doi ani și trei luni. Și în aprilie 1971, în sfârșit, calculatorul desktop a funcționat public. Am fost atât de încântat!"

Intel obține drepturi

În contractul inițial pentru cip, Busicom deținea drepturile exclusive asupra 4004. Dar, până în primăvara anului 1971, piața calculatoarelor a scăzut, iar Busicom a dorit să renegocieze contractul. În timp ce au existat unele îngrijorări din partea Intel cu privire la dimensiunea pieței și faptul că Intel atunci era o companie de memorie, nu o companie de procesare, Faggin, Hoff și Mazor au presat alte persoane din cadrul companiei să recupereze drepturile de a vinde cip. către alți clienți.

După cum își amintește Hoff, „Unul din argumentele pe care le-am primit de la oamenii de marketing a fost despre momentul în care spuneam:„ Ar trebui să obțineți dreptul de a-l vinde ”, a spus:„ Uite, ei vând doar aproximativ 20.000 de mini-computere în fiecare an Și am întârziat la piață și ai avea noroc să obții 10% din asta. Asta înseamnă 2.000 de jetoane pe an. Și au spus: „Nu merită doar durerile de cap de sprijin și totul pentru o piață de doar 2.000 de jetoane”.

În cele din urmă, Noyce a semnat acordul, iar Intel a reușit legal să vândă cipul către alte companii, concurenții Busicom cu excepția.

Dar 4004 nu a fost niciodată să găsească un public mare cu alți clienți, în parte din cauza limitărilor sale - era doar un procesor pe patru biți cu o memorie limitată. În timp ce Intel a anunțat oficial cipul într-un număr din 15 noiembrie 1971 al Electronic News sub titlul „A New Era in Integrated Electronics”, cu o copie care o proclama „un computer microprogramabil pe un cip”. Dar industria și Intel în sine urmau să treacă la procesoare mai noi și mai bune.

8008 - Trecerea la 8 biți de calcul

La puțin timp după ce Busicom s-a apropiat de Intel pentru a face cipuri pentru calculatorul său, Computer Terminals Corporation (CTC), care mai târziu va fi numit Datapoint, a cerut lui Intel o propunere de cipuri pentru un nou terminal de computer - un ecran și o tastatură concepute pentru a se conecta la un computer la distanță.. Din nou, Hoff și Mazor au propus un microprocesor care să se ocupe de logică.

Au existat câteva diferențe mari între 4004 și 8008, chiar dacă acestea nu apăreau prea mult. Pentru început, 8008 a fost un microprocesor pe 8 biți, ceea ce a făcut suficient de mare să funcționeze pe 8 biți de date - suficient pentru un „octet” sau un caracter - simultan. De asemenea, spre deosebire de 4004, care a necesitat jetoane de memorie speciale, 1201 a fost proiectat pentru a utiliza memoria standard.

Proiectul a început în decembrie 1969 cu o întâlnire cu Andrew Grove în care Datapoint a cerut cipuri pentru un computer pe 8 biți. Potrivit Mazor, el a făcut trei propuneri către Datapoint - două variante pe o „stivă de înregistrare” pe 8 biți și „un întreg procesor pe 8 biți pe un cip”. În acest moment, Mazor și Hoff lucrau deja la proiectul Busicom, care ar include 4004.

Aproximativ în același timp, Datapoint a cerut Texas Instruments un design similar. În unele povestiri, Datapoint i-a transportat schematic pe Hoff și Mazor în Dallas, unde ideea a început să se dezvolte într-un program de dezvoltare în laboratorul de semiconductor TI.

Mazor spune că crede că este foarte probabil ca TI să fi propus inițial un set multi-cip și că apoi Datapoint a adus propunerea Intel la TI, așa că TI a încercat să construiască un cip conform specificației. Dar Mazor spune că cipul TI nu ar fi putut funcționa, deoarece specificația lui a avut un „defect”.

Intel a angajat Hal Feeney în martie 1970 pentru a lucra la designul specific al cipului, cunoscut apoi ca 1201, la fel cum Faggin lucrase la 4004; și într-adevăr, fiecare a ajutat la celălalt proiect. Lucrările la 1201 au continuat până la mijlocul anilor 1970, dar apoi Intel a fost îngrijorat dacă Datapoint va folosi efectiv cipul, astfel încât munca a fost pusă pe hiatus, în timp ce Mazor și alții au lucrat mai mult la 4004.

Texas Instruments a avut un design de cip în martie 1971, care ar fi trecut cu câteva luni înainte ca 4004 să funcționeze și, de fapt, și-a anunțat cipul în iulie 1971, cu câteva luni înainte de anunțarea 4004. Dar acest cip aparent nu a fost livrat niciodată.

Însă anunțul TI a determinat Intel, și în special Grove, să își dubleze eforturile pe 1201. În final, Datapoint nu a folosit nici cipurile Intel, nici TI. În schimb, până când Intel a terminat proiectarea, Datapoint 2200 a fost introdus folosind cipuri TTL convenționale.

Chiar dacă Datapoint nu era interesat, Intel începe să vadă interesul altor companii, precum Seiko, care dorea să construiască un calculator științific pe 8 biți.

În jurul acestui punct, Intel a început să se gândească mai serios la numire. Schema de denumire originală a Intel a fost bazată pe diferitele tipuri de piese pe care le crea, astfel încât fiecare cip din familie ar fi avut numere diferite. Faggin spune că a venit cu denumirea pentru familia 4000, deoarece aceasta a fost mai consistentă. Așadar, după introducerea 4004, departamentul de marketing a schimbat 1201 în 8008 pentru a reflecta faptul că este un cip pe 8 biți și asta s-a numit 8008 când a fost introdus în aprilie 1972. 8008 a dus la efortul mare al Intel pentru marketingul cu microprocesor. și a condus la crearea Grupului de sisteme pentru microcomputere și la crearea de panouri și sisteme de dezvoltare. Acest lucru, la rândul său, a ajutat cu siguranță la crearea unui număr de dispozitive pe 8 biți, inclusiv unele dintre mașinile care au fost microcomputere timpurii.

Cine merită creditul?

De-a lungul anilor, au existat o mulțime de dezbateri despre 4004, locul său ca primul microprocesor și despre creditul pe care l-a meritat fiecare dintre participanți.

Istoria circuitelor integrate este una de integrare suplimentară, astfel încât ideea că, în cele din urmă, puteți pune toate funcțiile pe care le doriți într-un „procesor pe un cip” a fost cu siguranță în aer până la sfârșitul anilor 1960.

Intel nu a fost singurul în a recunoaște nevoia unui procesor cu scop general, deoarece erau prea mulți clienți care doreau procesoare să proiecteze un cip personalizat pentru fiecare dintre ei. Mai târziu, Hoff și Noyce ar scrie "Dacă acest lucru ar continua… numărul de circuite necesare ar prolifera dincolo de numărul de proiectanți de circuite. În același timp, utilizarea relativă a fiecărui circuit ar scădea… Creșterea costurilor de proiectare și diminuarea utilizării ar împiedica producătorii să amortizarea costurilor pentru o populație mare de utilizatori și ar reduce avantajele curbei de învățare."

"Oamenii vorbeau de un computer pe un cip de ani de zile", a spus cofondatorul Intel Gordon Moore, "dar a fost mereu acolo în viitor. Ceea ce a văzut Ted a fost că, cu complexitatea cu care lucram deja, ar putea de fapt să facă un circuit integrat ca acesta acum. Aceasta a fost adevărata descoperire conceptuală ".

Și chiar Ted Hoff a redus uneori importanța conceptului. "Invenția reală a microprocesorului nu a fost la fel de importantă decât să aprecieze că există o piață pentru așa ceva."

Dar au fost alți concurenți pentru titlul de prim microprocesor. Texas Instruments a anunțat de fapt un „CPU-on-a-chip” în aprilie 1971, conceput inițial ca un cip de contract pentru Computer Terminal Corporation (ulterior Datapoint). Acest lucru aparent nu a funcționat niciodată și, de fapt, Intel lucra la un cip pentru CTC cu aceeași specificație; aceasta a fost cunoscută sub numele de 1201 și va fi redenumită în cele din urmă 8008. Poate mai important, la sfârșitul anului 1971, inginerul Texas Instruments Gary Boone și Michael Cochrane au produs primul prototip al unui circuit integrat care a inclus un circuit de intrare-ieșire, memorie și un centru. procesor totul într-un singur chip, spre deosebire de setul MCS-4 cu patru cipuri. Cunoscut sub numele de TMS1000, acesta a fost folosit inițial într-un calculator TI și a devenit disponibil comercial în 1974. Boone a primit un brevet pentru procesorul său în 1973, iar mai târziu Boone și Cochran au primit un brevet pentru un computer pe un cip.

Avocatul de brevet Intel a fost sceptic în a face afirmații mari și a rezistat dorinței lui Hoff de a breveta lucrarea ca un „computer” pentru că ar fi atât de complicat și pentru că alții aveau conceptul de a pune un computer pe un cip. Potrivit lui Hoff, „a spus că nu meritau și, în esență, a refuzat la acel moment să scrie un brevet”. În schimb, au depus brevete mai specifice și mai limitate. Intel a primit două brevete: Hoff, Mazor și Faggin au primit unul pe „Sistemul de memorie pentru un computer digital multi-cip”, care acoperă organizația de autobuze externe și schema de adresare a memoriei a setului de cip Intel MCS-4, în timp ce Faggin a primit unul pentru un circuit care ar putea reseta CPU atunci când este pornită.

Ani mai târziu, inventatorul Gilbert Hyatt i se va acorda un brevet asupra microprocesorului, pe care l-a depus în 1970, pe baza unei invenții pe care spune că a făcut-o în 1968 la compania sa Microcomputer Inc. Dar nu pare să fi fost fabricat. Între timp, Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase și RCA lucrau și la dispozitive similare cu microprocesor. Totuși, 4004 este considerat aproape universal primul microprocesor.

Printre echipa Intel, au existat și controverse cu privire la împărțirea creditului. Majoritatea observatorilor îi creditează pe cei patru bărbați implicați direct în crearea setului de cipuri, dar nu este întotdeauna așa.

Faggin urma să părăsească Intel la sfârșitul anului 1974, la doar câteva luni de la introducerea din 8080, pentru a începe Zilog, luând cu el Shima și alți ingineri Intel, iar în povestea lui Faggin, Andy Grove a făcut furori pe Intel. Malone o citează pe Faggin, spunând că „Îmi amintesc că mi-a spus:„ Nu vei reuși niciodată, indiferent ce vei face. Nu vei avea nimic de spus copiilor și nepoților tăi. ” Implicit în aceste cuvinte, a fost că nu voi avea moștenire în semiconductori. Că nu mi se va da niciodată credit pentru ceea ce am făcut la Intel. Era ca și cum ar fi aruncat un blestem asupra mea."

Indiferent că a fost sau nu atât de dramatic, se pare că Intel i-a acordat cea mai mare parte creditului lui Hoff și asta a continuat în multe istorii. De exemplu, atât TR Reid în The Chip (2001, Random House Trade Paperbacks), cât și The New Alchemists de Dirk Hansen (1983, The Book Service Ltd) acordă aproape un singur credit lui Hoff, așa cum face și biograful Grove Richard Tedlow. Într-adevăr, Malone spune că de atunci, Intel a acordat tot creditului pentru microprocesor lui Hoff și nimănui Faggin până în 2009 cu premiera filmului The Real Revolutionaries (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), un documentar despre fondarea Silicon Valley.

Există însă și alte istorii care evidențiază rolul lui Faggin (și cele ale lui Shima și Mazor, care sunt chiar mai des trecute cu vederea), revenind la interviurile pe care Hoff le-a acordat în anii '80. În 1993, o publicație Intel care sărbătorește a 25-a aniversare a companiei l-a creditat pe Hoff pentru soluție și i-a oferit o imagine de pagină aproape completă, dar Faggin a fost recunoscut pentru că a transformat „viziunea lui Hoff în realitatea de siliciu”. În 1996, când sărbătorim cea de-a 25-a aniversare a microprocesorului la un eveniment la Comdex, Intel m-a ajutat să iau legătura cu cei patru creatori, care au primit premiul PC Magazine Lifetime Achievement.

Într-adevăr, pare important să acordăm credite tuturor celor patru bărbați - Hoff pentru viziunea sa și conceptele de bază, Mazor pentru programarea și lucrul pe diagramele bloc, Shima pentru crearea designului logic și Faggin pentru crearea impresionantului design de siliciu pentru jetoane. Împreună, au creat primul microprocesor cu scop general și, în acest sens, au creat fundamentul nu numai pentru ceea ce va deveni industria calculatoarelor personale, ci și pentru un număr nenumărat de alte dispozitive electronice. Literalmente miliarde de microprocesoare sunt vândute în fiecare an - toate cu mult mai complexe decât 4004 inițial - și fără ele, lumea noastră electronică modernă ar fi imposibilă.