Rođenje mikroprocesora

Intel 4004 smatra se prvim mikroprocesorom - drugim riječima, prvim računarom opće namjene na čipu - ali njegovo stvaranje od strane Intela svodi se na kombinaciju napornog rada, pravog vremena i obične sreće.

Priča o čipu stvarno počinje 1969. godine kada je japanska tvrtka nazvana Nippon Calculation Machine Corporation (ali poznata i kao Busicom, po imenu svojih kalkulatora) sklopila ugovor s Intelom za izradu čipova potrebnih za novi kalkulator. Busicom je bila relativno mala tvrtka s kalkulatorima koja je izgubila udio na brzo konsolidirajućem tržištu i trebalo je novo rješenje. A Intel je bio startup, osnovan 1968. godine s oko 200 zaposlenika, koji se uglavnom fokusirao na izgradnju memorijskih čipova.

Obojici je trebalo nešto novo.

Intel suosnivač i tadašnji izvršni direktor Robert Noyce posjetio je Japan krajem 1968. godine, tražeći kupce. Noyce je imao sastanak s Sharpom, tada jednim od lidera u kalkulatorima, ali Sharp je već imao postojeće ugovore. Tako Sharpov Tadashi Sasaki kaže da je Noycea predstavio Busicom predsjedniku Yoshiou Kojima i tako je Intel dobio ugovor za izradu čipova za Busicomov kalkulator.

Marcian Edward "Ted" Hoff, koji se pridružio Intelu kao zaposlenik br. 12 1968. godine, dodijeljen je kako bi stvorio proizvode koji će ljude prebaciti iz starije jezgrene memorije u Intelove nove memorijske čipove. Po njegovom mišljenju, Intelov prvi projekt po mjeri trebao je biti učinjen za tvrtku koju je poznavala kao Elektrotehničku industriju, ali koju većina zove Busicom.

Prema Masatoshiju Shimi, tada mladom inženjeru Busicoma, ali kojem je suđeno da postane važan dio dizajnerskog tima, tvrtka je planirala izgraditi seriju čipova opće namjene "koji će se koristiti ne samo za računarski računar, već i za poslovni stroj, kao što su stroj za naplatu, blagajna i prodavač. " Ali Busicom to tada nije rekao Intelu, "jer je to bila povjerljiva stvar između Busicoma i NCR Japana", pa je Intel smatrao da je cilj samo izgraditi snažniji kalkulator.

Početni ugovor potpisan je u travnju 1969., a krajem lipnja Shima i dvojica Busicomovih inženjera stigli su u Intel. U prvobitnom su planu inženjeri Busicom dizajnirali seriju LSI čipova, a Intel je napravio čipove pomoću MOS (metal-oksid-poluvodiča) tehnologije. Intel je trebao dobiti 100.000 USD za izradu skupova čipova, a zatim 50 USD za svaki napravljeni set, pri čemu se Busicom obavezao na najmanje 60.000 jedinica.

Shima kaže kako je njegov tim predložio izradu devet vrsta LSI čipova, ali po većini računa to je ubrzo postalo prijedlog s 12 čipova, za neke čipove je potrebno 3.000 do 5.000 tranzistora - ogroman iznos za 1969. kada je standardni kalkulator imao šest čipova, od kojih je svaki imao 600 do 1.000 tranzistora. Hoff je pogledao planove i mislio da je čips prekompliciran za pravljenje i "da te stvari ne bismo mogli proizvesti do ciljanih cijena."

Hoff je gledao dizajn i imao razne koncepte, uključujući prelazak iz decimalne aritmetike u binarnu aritmetiku, s upotrebom općenitijeg čipa s jednostavnim setom instrukcija.

Hoff je smatrao da je Busicomov plan pretjerano kompliciran i umjesto toga predložio je stvaranje logičkog čipa opće namjene, s većinom uputa u softveru pohranjenim na memorijskim čipovima. Kako je citirano u Leslie Berlin-u The Man Behind Microchip (2006, Oxford University Press), Hoff je otišao do izvršnog direktora Intel-a Noyce i objasnio svoj koncept koji će se sastojati od jednog mikroprocesora, dva memorijska čipa i registra pomaka. "Mislim da možemo učiniti nešto da to pojednostavimo", rekao je Hoff. "Znam da se to može učiniti. Može se napraviti za oponašanje računala." Iako nije bio službeno zadužen za posao dizajniranja čipova za stroj, Noyce mu je dao dopuštenje da nastavi raditi na konceptu.

Hoff je na konceptima radio preko ljeta, a s inženjerom Stanleyjem Mazorom Hoff je stvorio blok crtež arhitekture. To bi bio 4-bitni binarni logički čip (za razliku od Busicomovog decimalnog dizajna) i pohranio bi programe za pokretanje funkcija kalkulatora na memorijski čip, što je u to vrijeme bila Intelova specijalnost.

Postoje pomalo različita sjećanja o tome kako su Shima i Busicomov tim reagirali na koncept. Prema Hoffu, citiranom u knjizi Michael Trinity ( Intel, Trinity (2014, HarperBusiness)) Michaela S. Malonea, "Dakle, japanskim inženjerima sam dao neke prijedloge da učine nešto u skladu s tim [arhitektura opće namjene] - i oni ih nisu najmanje zanimali. Rekli su da su prepoznali kako je dizajn previše kompliciran, ali rade na pojednostavljenju i planirali su dizajnirati kalkulatore i ništa drugo. Jednostavno nisu bili zainteresirani."

Busicomov Masatoshi Shima, koji je projekt vodio iz Busicomove matrice, pamti ga malo drugačije. U usmenoj povijesti rekao je: "Osjetio sam da je Hoffov prijedlog dobar, ali ako smo Hoffov prijedlog prihvatili takav kakav je, morali smo iznova napraviti projekt iz početka." Shima je zabilježila sve detalje koje Hoff još nije imao.

Noyce je u kolovozu poslao bilješku predsjedniku Busicoma Yoshia Kojima upozorivši ga da zbog složenosti Busicomovog dizajna ne postoji "mogućnost da bismo mogli proizvoditi ove jedinice za 50 USD / kit čak i za najjednostavniji komplet", sugerirajući da stvarni troškovi mogu biti oko 300 dolara.

Nakon toga uslijedilo je službeno pismo Busicomu i sastanak dviju kompanija u listopadu, na kojem je Busicom odlučio krenuti s Intelovim dizajnom. No trebalo bi do veljače 1970. godine da se formalni ugovor dogovori.

Fagginova uloga

Busicom je očekivao da Intel radi na novom planu i sugerirao je da bi kompanija trebala imati bitno dovršen krug do trenutka kada je Shima, koji se vratio u Japan, došao u posjet 7. travnja 1970. No, Intel je imao problema s drugih čipova i koji prolaze kroz pad u industriji i nije postigao nikakav napredak. Drugim riječima, on je imao koncept za čipove, uključujući blok dijagrame o tome kako će čipovi trebati raditi, ali ne i stvarne nacrte čipova: tehničke detalje kako bi se tranzistori spojili i mogli li se proizvoditi.

Da bi vodio taj proces, Intel je unajmio Federico Faggin iz tvrtke Fairchild Semiconductor. Kako ga opisuje, pridružio se tvrtki taj tjedan, a jedan od njegovih prvih zadataka bio je upoznati Shima i objasniti mu da Intel nije pripremio čipove. "Imao sam sada taj zadatak gdje već šest mjeseci kasnim dan nakon što počnem", rekao je.

Kao što je Faggin opisao u svojoj priči o rođenju mikroprocesora, "radio sam bijesno, 12 do 16 sati dnevno. Prvo sam riješio preostala pitanja arhitekture, a zatim sam postavio temelje stila dizajna koji bih koristio za skup čipova. Napokon sam započeo s logičkim i strujnim krugovima, a zatim i rasporedom četiriju čipova. Morao sam razviti novu metodologiju za slučajno-logički dizajn s tehnologijom silikonskih vrata; to nikada prije nije bilo učinjeno."

Blisko je surađivao sa Shimom, koji je bio nov u MOS dizajnu, ali radio je na LSI čipovima i zajedno su stvorili čipove koji će postati MCS-4 obitelj. Model 4001 bio je 2, 048-bitni ROM memorijski čip dizajniran za održavanje programa. 4002 je 320-bitni RAM memorijski čip dizajniran za spremanje podataka. 4003 je 10-bitni ulazno-izlazni registar za unošenje podataka u glavni procesor i uklanjanje rezultata. I na kraju, model 4004 bio je 4-bitna središnja logička jedinica za obradu.

Po svemu sudeći, ovo je bio herkulejski napor, Faggin i Shima razvijali su čipove daleko brže nego što je to bilo normalno. Svi različiti čipovi bili su u različitim dijelovima procesa u različito vrijeme, a krajem prosinca prve verzije bile su spremne. Kao i obično, za njih je bilo potrebno podešavanje, ali do ožujka Faggin je prvi potpuno operativni 4004 poslao Shima koji se do tada vratio u Japan. Na kraju, 4004 je bio jedan silikonski čip koji je mjerio jednu osmu prema šestini inča sa 2.250 pojedinačnih elemenata kruga.

Na račun Faggina, "od ideje do potpuno radnog proizvoda trebalo je nešto manje od jedne godine." Shima kaže: "Iz opće ideje Busicoma, razvoj je trajao oko dvije godine i tri mjeseca. I u travnju 1971., konačno je radni stolni kalkulator javno djelovao. Bio sam tako uzbuđen!"

Intel dobiva prava

U inicijalnom ugovoru za čip, Busicom je imao ekskluzivna prava na 4004. No do proljeća 1971. tržište kalkulatora je u opadanju i Busicom je želio ponovo ugovoriti ugovor. Iako su unutar Intela postojale određene zabrinutosti oko veličine tržišta i činjenice da je Intel tada bio memorijska tvrtka, a ne procesna kompanija, Faggin, Hoff i Mazor vršili su pritisak na druge ljude unutar kompanije kako bi dobili prava na prodaju čipa ostalim kupcima.

Kako se Hoff sjeća, "Jedan od argumenata koje sam dobio od ljudi marketinga bio je o vremenu kad sam govorio:" Trebali biste steći pravo na prodaju ", rekao je:" Gledajte, oni godišnje prodaju samo oko 20 000 mini-računala. I kasnimo na tržište, a vi biste imali sreću da ga dobijete 10 posto. To je 2.000 čipsa godišnje. " I rekli su: "Jednostavno ne vrijedi glavobolja podrške i svega za tržište od samo 2.000 čipova.""

Na kraju je Noyce potpisao ugovor, a Intel je legalno mogao čip prodati drugim kompanijama, Busicomovi su konkurenti izuzeli.

Ali 4004 nikada nije mogao pronaći veliku publiku s drugim kupcima, dijelom i zbog svojih ograničenja - bio je to samo četverobitni procesor s ograničenom memorijom. Dok je Intel službeno najavio čip u izdanju Electronics News od 15. studenog 1971. pod naslovom "Novo doba u integriranoj elektronici", s kopijom ga proglašavajući "mikroprogramiranim računarom na čipu". No, industrija i sam Intel trebali su se prebaciti na novije i bolje procesore.

8008 - prelazak na 8-bitno računanje

Nedugo nakon što je Busicom kontaktirao Intel kako bi napravio čipove za njegov kalkulator, Computer Terminals Corporation (CTC), kasnije nazvan Datapoint, zatražio je od Intela prijedlog čipova za novi računalni terminal - ekran i tipkovnicu dizajnirane za povezivanje s udaljenim računalom, Opet su Hoff i Mazor predložili mikroprocesor za obradu logike.

Između 4004 i 8008 bilo je nekoliko velikih razlika, iako su se pojavljivale ne tako dugo. Za početak, 8008 je bio 8-bitni mikroprocesor, što ga je činilo dovoljno velikim za rad na 8 bita podataka - dovoljno za jedan "bajt" ili jedan znak. Također, za razliku od 4004, koji je zahtijevao vlastite posebne memorijske čipove, model 1201 dizajniran je za upotrebu standardne memorije.

Projekt je započeo u prosincu 1969. godine sastankom s Andrewom Groveom, na kojem je Datapoint zatražio čipove za 8-bitno računalo. Prema Mazoru, on je predložio tri prijedloga za Datapoint - dvije varijacije na 8-bitnom "registar stack" i "cijeli 8-bitni CPU na jednom čipu". U tom su trenutku Mazor i Hoff već radili na projektu Busicom koji bi uključivao 4004.

Otprilike u isto vrijeme, Datapoint je očito tražio od Texas Instruments-a sličan dizajn. U nekim je pričama Datapoint odnio Hoffova i Mazorova shema do Dallasa, gdje je ideja počela prerasti u razvojni program u TI-ovom poluvodičkom laboratoriju.

Mazor kaže kako misli da je vrlo vjerovatno da je TI izvorno predložio skup s više čipova i da je tada Datapoint TI donio Intelov prijedlog, pa je TI pokušao izgraditi čip po toj specifikaciji. No Mazor kaže kako TI čip nije mogao funkcionirati jer je njegova specifikacija imala "kvar".

Intel je angažirao Hal Feeneyja u ožujku 1970. za rad na specifičnom dizajnu čipa, tada poznatog kao 1201, koliko je Faggin radio na 4004; i doista, svaki je pomogao na drugom projektu. Rad na 1201 nastavio se sve do sredine 1970., ali tada je Intel bio zabrinut hoće li Datapoint zaista koristiti čip, pa je posao stavljen na hiatus, dok su Mazor i ostali radili više na 4004.

Texas Instruments je imao dizajn čipa u ožujku 1971., što bi prošlo nekoliko mjeseci prije nego što je 4004 radio, a svoj čip je zapravo objavio u srpnju 1971., nekoliko mjeseci prije najave 4004. Ali ovaj čip očito nikad nije isporučen.

No najava TI potaknula je Intel, a posebno Grove, da udvostruči napore na modelu 1201. Na kraju, Datapoint nije koristio ni Intel ni TI čipove. Umjesto toga, do trenutka kad je Intel dovršio dizajn, Datapoint 2200 predstavljen je koristeći uobičajene TTL čipove.

Čak i ako Datapoint nije bio zainteresiran, Intel je počeo primjećivati ​​zanimanje drugih kompanija, poput Seika, koje su željele napraviti 8-bitni znanstveni kalkulator.

Oko tog trenutka Intel je počeo ozbiljnije razmišljati o imenovanju. Intelova originalna shema imenovanja temeljila se na različitim vrstama dijelova koje je stvorio, tako da bi svaki čip u obitelji imao različit broj. Faggin kaže da je smislio obitelj 4000 jer je to bilo konzistentnije. Dakle, nakon uvođenja 4004, marketinški odjel promijenio je 1201 u 8008 kako bi odražavao da je 8-bitni čip, a tako se 8008 zvalo kad je predstavljen u travnju 1972. 8008 je doveo do velikih napora Intela u marketingu mikroprocesora i doveli do stvaranja grupe Microcomputer Systems i stvaranja razvojnih ploča i sustava. To je zauzvrat sigurno pomoglo u pokretanju brojnih 8-bitnih uređaja, uključujući neke od strojeva koji su bili rani mikroračunala.

Tko zaslužuje kredit?

Tijekom godina bilo je mnogo rasprava o 4004, njegovom mjestu prvog mikroprocesora i zaslugama koje je zaslužio svaki od sudionika.

Povijest integriranih krugova jedna je od daljnjih i daljnjih integracija, tako da je ideja da biste na kraju mogli sve značajke koje želite staviti u "CPU na čipu" zasigurno bila u zraku do kraja 60-ih.

Intel nije sam prepoznao potrebu za procesorom opće namjene, jer je bilo previše kupaca koji su željeli da procesori dizajniraju prilagođeni čip za svaki od njih. Kasnije će Hoff i Noyce napisati: "Ako se ovo nastavi… broj potrebnih krugova povećao bi se prema broju dizajnera sklopova. Istovremeno bi relativna upotreba svakog kruga pala…. Povećani troškovi dizajna i smanjena upotreba spriječili bi proizvođače da nastanu amortizacijski troškovi za veliku populaciju korisnika i umanjili bi prednosti krivulje učenja."

"Ljudi su godinama razgovarali o računalu na čipu", rekao je suosnivač Intela Gordon Moore, "ali to je uvijek bilo vani u budućnosti. Ono što je Ted vidio bilo je to, s obzirom na složenost s kojom smo već radili, vi zapravo bi mogao napraviti takav integrirani krug. To je bio pravi konceptualni proboj."

Pa čak je i Ted Hoff ponekad umanjio važnost koncepta. "Stvarni izum mikroprocesora nije bio toliko važan koliko je jednostavno shvaćao da postoji tržište za tako nešto."

Ali bilo je i drugih kandidata za titulu prvog mikroprocesora. Texas Instruments zapravo je najavio "CPU-a-na-čipu" u travnju 1971., dizajniran u početku kao ugovorni čip za Computer Terminal Corporation (kasniji Datapoint). To očito nikad nije uspjelo, a zapravo je Intel radio na čipu za CTC s istom specifikacijom; ovo je bilo poznato pod nazivom 1201 i kasnije bi se preimenovalo u 8008. Možda je još važnije da su krajem 1971. inženjeri tvrtke Texas Instruments Gary Boone i Michael Cochrane proizveli prvi prototip integriranog kruga koji je uključivao ulazno-izlazni krug, memoriju i središnji procesor sve u jednom čipu, za razliku od četiri čipa MCS-4 skupa. Poznat kao TMS1000, ovaj se uređaj u početku koristio u TI kalkulatoru i postao je dostupan u prodaji 1974. Boone je dobio patent za svoj CPU 1973., a kasnije su Boone i Cochran dobili patent za računalo na čipu.

Intelov patentni odvjetnik bio je skeptičan u postavljanju velikih zahtjeva i odupirao se Hoffovoj želji da patent patentira kao "računalo", jer bi bilo toliko komplicirano i jer su drugi imali koncept postavljanja računala na čip. Prema Hoffu, "rekao je da ih ne vrijede i u suštini je odbio napisati patent." Umjesto toga, prijavili su konkretnije i ograničene patente. Intel je dobio dva patenta: Hoff, Mazor i Faggin dobili su jedan na "Memorijskom sustavu za multi-čip digitalno računalo", koji je pokrivao vanjsku organizaciju sabirnica i shemu memorijskog adresiranja skupa Intel MCS-4 čipa, dok je Faggin dobio jedan za krug koji može resetirati CPU kad je napajanje uključeno.

Godinama kasnije, izumitelju Gilbertu Hyattu bit će dodijeljen patent na mikroprocesor, koji je podnio 1970. godine, na osnovu izuma za koji je rekao da ga je napravio 1968. u svojoj tvrtki Microcomputer Inc. Ali čini se da to nije proizvedeno. U međuvremenu, Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase i RCA također su radili na mikroprocesorskim uređajima. Ipak, 4004 se gotovo univerzalno smatra prvim mikroprocesorom.

Među Intelovim timom bilo je i kontroverzi oko podjele kredita. Većina promatrača zaslužuje svu četvoricu ljudi koji su izravno uključeni u stvaranje čipova, ali to nije uvijek tako.

Faggin je trebao napustiti Intelu krajem 1974., samo nekoliko mjeseci nakon uvođenja 8080. godine, pokrenuti Zilog, povevši sa sobom Shima i ostale Intelove inženjere, a prema Fagginovom kazivanju, to je razljutilo Intelov Andy Grove. Malone citira Faggina, govoreći: "Sjećam se da mi je rekao:" Nikad nećete uspjeti, bez obzira što ćete učiniti. Nećete imati što reći svojoj djeci i unucima. " Implicitna riječ tih riječi bila je da ja neću imati nasljeđe u poluvodičima. Nikada mi neće biti priznato za ono što sam učinio u Intelu. Bilo je to kao da je na mene bacio prokletstvo."

Bez obzira na to je li to bilo dramatično ili ne, čini se da je Intel najveći dio zasluga dao Hoffu, a to se nastavilo u mnogim povijesti. Na primjer, i TR Reid u The Chip (2001, Rakovica sa slučajnim kućama) i Dirk Hansen ' The New Alchemists' (1983, The Book Service Ltd) daju Hoffu gotovo jedini kredit, kao i Groveov biograf Richard Tedlow. Doista, Malone kaže da je Intel od tada pao za zasluge mikroprocesora Hoffu, a nikakav Fagginu sve do 2009. godine premijerom filma Real Real Revolutionary (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), dokumentarca o osnivanju Silicijske doline, Ali postoje i druge povijesti koje ukazuju na Fagginovu ulogu (i one Shima i Mazor, koje je još češće previdjeti), vraćajući se na intervjue koje je Hoff dao u 1980-ima. Intelovo izdanje koje je proslavilo 25. obljetnicu tvrtke 1993. godine pripisalo je Hoffu rješenje i dao mu gotovo sliku na cijeloj stranici, ali Faggin je prepoznat po tome što je "Hoffovu viziju pretvorio u silikonsku stvarnost". Godine 1996., dok smo slavili 25. obljetnicu mikroprocesora na jednom događaju u Comdexu, Intel mi je pomogao da stupim u kontakt sa sva četiri stvaralaca, koji su dobili nagradu PC Magazine za životno djelo.

Zaista, čini se da je važno zaslužiti sva četiri čovjeka - Hoffa za njegovu viziju i osnovne koncepte, Mazor za programiranje i rad na blok dijagramima, Shima za stvaranje logičkog dizajna i Faggin za stvaranje impresivnog silicijskog dizajna za čipove. Zajedno su stvorili prvi mikroprocesor opće namjene i time stvorili temelje ne samo za ono što će postati industrija osobnih računala, već i nebrojiv broj drugih elektroničkih uređaja. Doslovno se milijuni mikroprocesora prodaju svake godine - svi su mnogo složeniji od izvornih 4004 - a bez njih bi naš moderni elektronički svijet bio nemoguć.