Zrození mikroprocesoru

Intel 4004 je považován za první mikroprocesor - jinými slovy za první univerzální počítač na čipu - ale jeho vytvoření společností Intel se stalo kombinací tvrdé práce, správného načasování a prostě štěstí.

Příběh čipu opravdu začíná v roce 1969, kdy se japonská společnost s názvem Nippon Calculating Machine Corporation (známá jako Busicom, po jménu svých kalkulaček) najala s Intelem na vytvoření čipů potřebných pro novou kalkulačku. Busicom byla relativně malá kalkulačková společnost, která ztratila podíl na rychle se upevňujícím trhu a potřebovala nové řešení. A Intel byl startup, založený v roce 1968 s přibližně 200 zaměstnanci, převážně se zaměřením na budování paměťových čipů.

Oba potřebovali něco nového.

Spoluzakladatel společnosti Intel a poté generální ředitel Robert Noyce navštívil Japonsko koncem roku 1968 a hledal zákazníky. Noyce měl schůzku se Sharpem, tehdy jedním z vůdců v kalkulačkách, ale Sharp již měl stávající smlouvy. Takže Sharp Tadashi Sasaki říká, že představil Noyce prezidentovi Busicomu Yoshio Kojimovi, a tím získala společnost Intel smlouvu na výrobu čipů pro kalkulačku společnosti Busicom.

Marcian Edward "Ted" Hoff, který nastoupil do společnosti Intel jako zaměstnanec č. 12 v roce 1968, byl pověřen výrobou produktů, které by přiměly lidi k přechodu ze starší základní paměti na nové paměťové čipy Intel. Ve svém vyprávění měl být první vlastní projekt Intelu proveden pro společnost, která byla známa jako Electro Technical Industries, ale která se nejvíce jmenovala Busicom.

Podle Masatoshi Shima, tehdejšího mladého inženýra v Busicomu, který se však měl stát důležitou součástí designového týmu, měla společnost v úmyslu postavit univerzální řadu čipů „, která by se použila nejen pro stolní kalkulačku, ale také obchodní stroj, jako je fakturační stroj, pokladna a bankomat. “ Ale Busicom to tehdy Intelu neřekl, „protože to byla důvěrná záležitost mezi Busicom a NCR Japan“, takže si Intel myslel, že cílem je pouze vybudovat výkonnější kalkulačku.

Původní smlouva byla podepsána v dubnu 1969 a na konci června dorazili do Intelu Shima a další dva inženýři společnosti Busicom. Původní plán nechal inženýry společnosti Busicom navrhnout řadu čipů LSI a společnost Intel je vyrobila pomocí technologie MOS (metal-oxide-semiconductor). Intel měl obdržet 100 000 dolarů za vytvoření čipových sad a poté 50 USD za každou vyrobenou sadu, přičemž se společnost Busicom zavázala přinejmenším 60 000 jednotek.

Shima říká, že jeho tým navrhl vyrobit devět druhů čipů LSI, ale podle většiny účtů se tento návrh brzy stal 12-čipovým návrhem, přičemž některé z čipů vyžadovaly 3 000 až 5 000 tranzistorů - obrovská částka pro rok 1969, kdy standardní kalkulačka měla šest čipů, každý z nich měl 600 až 1 000 tranzistorů. Hoff se podíval na plány a myslel si, že žetony jsou příliš komplikované na to, aby se daly vyrobit, a že „nebudeme schopni tyto věci vyrobit k cenovým cílům.“

Hoff se podíval na design a měl celou řadu konceptů, včetně přechodu od desítkové aritmetické k binární aritmetice, pomocí čipu pro obecné účely s jednoduchou sadou instrukcí.

Hoff si myslel, že plán Busicomu je příliš komplikovaný, a místo toho navrhl vytvoření logického čipu pro všeobecné účely, s mnoha pokyny v softwaru uloženém na paměťových čipech. Jak bylo citováno v Leslie Berlin's The Man Za mikročipem (2006, Oxford University Press), Hoff šel k Intel CEO Noyce a vysvětlil svůj koncept, který by se skládal z jednoho mikroprocesoru, dvou paměťových čipů a posuvného registru. „Myslím, že můžeme udělat něco pro zjednodušení, “ řekl Hoff. „Vím, že se to dá udělat. Může se stát, že napodobí počítač.“ Přestože nebyl oficiálně pověřen prací na navrhování čipů pro tento stroj, Noyce mu dal povolení pokračovat v práci na konceptu.

Hoff pracoval na konceptech v létě a s inženýrem Stanleym Mazorem vytvořil Hoff blokovou kresbu architektury. To by byl 4-bitový binární logický čip (na rozdíl od desítkového designu Busicomu) a ukládal by programy pro spouštění funkcí kalkulačky na paměťový čip, což byla v té době specialita společnosti Intel.

Existují poněkud odlišné vzpomínky na to, jak Shima a tým Busicom na tento koncept reagovali. Podle Hoffa, citovaného v The Intel Trinity (2014, HarperBusiness) Michaela S. Maloneho, „Takže jsem japonským technikům předložil několik návrhů, aby udělali něco v tomto smyslu [obecná architektura] - a nezajímali se o to nejméně "Říkali, že si uvědomili, že návrh je příliš komplikovaný, ale pracovali na zjednodušení a byli na návrhu kalkulaček a nic jiného. Jednoduše se nezajímali."

Busicom Masatoshi Shima, který projekt řídil od Busicomovy smrti, si jej trochu pamatuje. V ústní historii řekl: „Cítil jsem, že Hoffův návrh je dobrý, ale pokud jsme Hoffův návrh akceptovali, museli jsme tento projekt od začátku dělat znovu.“ Shima si všiml všech detailů, které Hoff ještě neměl.

V srpnu Noyce poslal poznámku prezidentovi Busicomu Yoshii Kojimovi, který ho varoval, že kvůli složitosti designu Busicomu neexistuje „žádná možnost, že bychom tyto jednotky mohli vyrobit za 50 $ / soupravu i pro nejjednodušší soupravu“, a navrhnout skutečné náklady být kolem 300 dolarů.

Poté následoval formální dopis společnosti Busicom a setkání obou společností v říjnu, kde se společnost Busicom rozhodla jít s designem společnosti Intel. Formální smlouva by však měla být dohodnuta až do února 1970.

Fagginova role

Busicom očekával, že Intel pracuje na novém plánu a navrhl, že společnost by měla mít v podstatě hotový obvodový diagram do doby, než se Shima, který se vrátil do Japonska, přišel na návštěvu 7. dubna 1970. Ale Intel měl problémy s jiné čipy a prochází poklesem v tomto odvětví a nedosáhly žádného pokroku. Jinými slovy, měl koncept pro čipy, včetně blokových diagramů toho, jak čipy budou muset fungovat, ale nikoli skutečné návrhy čipů: technické podrobnosti o tom, jak by tranzistory zapadly do sebe a mohly být vyrobeny.

Aby Intel vedl tento proces, najal Intel Federica Faggin od Fairchild Semiconductor. Jak to popisuje, vstoupil do společnosti ten týden a jedním z jeho prvních úkolů bylo splnit Shimu a vysvětlit, že Intel nemá připravené čipy. "Teď jsem měl tento úkol, kde jsem v podstatě šest měsíců pozdě den poté, co jsem začal, " řekl.

Jak to popsal Faggin ve svém příběhu o narození mikroprocesoru: „Pracoval jsem zuřivě, 12 až 16 hodin denně. Nejprve jsem vyřešil zbývající architektonické problémy a poté jsem položil základy designového stylu, který bych použil pro Nakonec jsem začal s návrhem logiky a obvodů a poté s rozložením čtyř čipů. Musel jsem vyvinout novou metodologii pro náhodně-logický design s technologií křemíkových bran; nikdy předtím se to nestalo. ““

Úzce spolupracoval se Shima, který byl novým v designu MOS, ale pracoval na čipech LSI a společně vytvořili čipy, které se stanou řadou MCS-4. Model 4001 byl 2 048 bitový paměťový čip ROM určený k uložení programování. 4002 byl 320bitový RAM paměťový čip navržený jako mezipaměť pro data. 4003 byl 10bitový registr vstup-výstup pro podávání dat do hlavního procesoru a odstranění výsledku. A konečně byl model 4004 4bitovou centrální logickou jednotkou zpracování.

Podle všech účtů to bylo herkulovské úsilí, kdy Faggin a Shima vyvíjeli čipy mnohem rychleji, než bylo obvyklé. Různé čipy byly všechny v různých částech procesu v různých časech a na konci prosince byly připraveny první verze. Jako obvykle to vyžadovalo určité vylepšení, ale do března Faggin odeslal první plně funkční 4004 do Šimy, která se poté vrátila do Japonska. Nakonec 4004 byl jediný křemíkový čip, který měří jednu osminu až šestinu palce s 2 250 jednotlivými obvodovými prvky.

Na účet Faggina: „Trvalo trochu méně než jeden rok, než se z myšlenky dostal plně funkční produkt.“ Podle Šimy „Z obecné myšlenky Busicomu trvalo [vývoj] asi dva roky a tři měsíce. A v dubnu 1971 konečně stolní kalkulačka pracovala veřejně. Byl jsem tak nadšený!“

Intel získává práva

V počáteční smlouvě na čip, Busicom měl výhradní práva k 4004. Ale na jaře 1971 trh kalkulačky klesal a Busicom chtěl smlouvu znovu projednat. Zatímco uvnitř Intelu existovaly určité obavy ohledně velikosti trhu a skutečnosti, že Intel byl tehdy pamětovou společností, nikoli zpracovatelskou společností, Faggin, Hoff a Mazor tlačili na ostatní lidi ve společnosti, aby získali zpět práva na prodej čipu ostatním zákazníkům.

Jak si Hoff vzpomíná, „Jedním z argumentů, které jsem dostal od marketingových lidí, byl čas, kdy jsem říkal:„ Měli byste mít právo jej prodat, “řekl:„ Podívej, prodávají ročně pouze asi 20 000 mini-počítačů. "A my jdeme pozdě na trh a měli byste štěstí, kdybyste získali 10 procent. To je 2 000 žetonů ročně." A oni řekli: „Pro trh s pouhými 2000 čipy to prostě nestojí za bolest hlavy a podporu.“ “

Nakonec Noyce podepsal smlouvu a Intel byl legálně schopen prodat čip jiným společnostem, s výjimkou konkurentů společnosti Busicom.

4004 však nikdy nenašlo velké publikum s ostatními zákazníky, částečně kvůli jeho omezením - byl to jen čtyřbitový procesor s omezenou pamětí. Zatímco Intel formálně oznámil čip v 15. listopadu 1971 vydání časopisu Electronics News pod nadpisem „Nová éra v integrované elektronice“, přičemž kopie jej prohlásila za „mikroprogramovatelný počítač na čipu“. Ale průmysl i Intel se chystali přejít na novější a lepší procesory.

8008 - přechod na 8bitový výpočetní systém

Nedlouho poté, co se Busicom přiblížil společnosti Intel, aby pro svou kalkulačku udělal čipy, požádal Computer Terminals Corporation (CTC), později nazvaný Datapoint, o návrh čipů pro nový počítačový terminál - obrazovku a klávesnici navrženou pro připojení ke vzdálenému počítači.. Hoff a Mazor opět navrhli mikroprocesor pro zvládnutí logiky.

Mezi 4004 a 8008 bylo několik velkých rozdílů, i když se zdálo, že nejsou od sebe příliš vzdálené. Začalo to tím, že 8008 byl 8bitový mikroprocesor, díky čemuž bylo dost velké na to, aby pracoval na 8 bitech dat - dost na jeden „byte“ nebo na jeden znak - najednou. Na rozdíl od 4004, která vyžadovala vlastní speciální paměťové čipy, byl 1201 navržen pro použití standardní paměti.

Projekt byl zahájen v prosinci 1969 schůzkou s Andrewem Groveem, během níž Datapoint požádal o čipy pro 8bitový počítač. Podle Mazora vypracoval pro Datapoint tři návrhy - dvě varianty na 8bitovém „registru zásobníku“ a „celý 8bitový procesor na jednom čipu“. V tomto okamžiku Mazor a Hoff již pracovali na projektu Busicom, který bude zahrnovat 4004.

Asi ve stejnou dobu Datapoint zřejmě požádal Texas Instruments o podobný design. V některých sděleních Datapoint přenesl schéma Hoffa a Mazora do Dallasu, kde se nápad začal rozvíjet v vývojovém programu v polovodičové laboratoři TI.

Mazor říká, že si myslí, že je velmi pravděpodobné, že společnost TI původně navrhla vícečipovou sadu a poté společnost Datapoint přinesla návrh společnosti Intel na společnost TI, takže se společnost TI pokusila postavit čip podle této specifikace. Mazor ale tvrdí, že čip TI nemohl fungovat, protože jeho specifikace měla „vadu“.

Intel najal Hal Feeneye v březnu 1970, aby pracoval na specifickém designu čipu, tehdy známém jako 1201, stejně jako Faggin pracoval na 4004; a skutečně každý pomohl na druhém projektu. Práce na 1201 pokračovaly až do poloviny roku 1970, ale Intel byl znepokojen tím, zda Datapoint skutečně použije čip, takže práce byla kladena na hiatus, zatímco Mazor a další pracovali více na 4004.

Společnost Texas Instruments měla čipový design v březnu 1971, což by bylo pár měsíců před tím, než 4004 bude fungovat, a ve skutečnosti oznámil svůj čip v červenci 1971, několik měsíců před 4004 oznámením. Ale tento čip zřejmě nikdy nebyl dodán.

Oznámení TI však podnítilo Intel, a zejména Grove, aby zdvojnásobil své úsilí na 1201. Nakonec Datapoint nepoužil ani čipy Intel, ani TI. Místo toho, v době, kdy Intel dokončil návrh, byl Datapoint 2200 představen pomocí konvenčních TTL čipů.

I když Datapoint nezajímal, Intel začal vidět zájem jiných společností, jako je Seiko, které chtěly sestavit 8bitovou vědeckou kalkulačku.

V tuto chvíli začal Intel uvažovat o pojmenování vážněji. Originální schéma pojmenování společnosti Intel bylo založeno na různých druzích částí, které vytvořil, takže každý čip v rodině by měl různá čísla. Faggin říká, že přišel s pojmenováním rodiny 4000, protože to bylo důslednější. Takže po zavedení 4004, marketingové oddělení změnilo 1201 na 8008, aby odrážel jeho bytí 8-bitový čip, a to bylo 8008 bylo nazváno, když to bylo představeno v dubnu 1972. 8008 vedl k velkému úsilí Intelu na mikroprocesorovém marketingu a vedl k vytvoření skupiny Microcomputer Systems Group ak vytvoření vývojových desek a systémů. To zase rozhodně pomohlo urychlit vytvoření řady 8-bitových zařízení, včetně některých strojů, které byly časnými mikropočítači.

Kdo si zaslouží kredit?

V průběhu let proběhlo mnoho debat o 4004, jeho místě jako prvního mikroprocesoru a kreditu, který si každý z účastníků zasloužil.

Historie integrovaných obvodů je další a další integrace, takže myšlenka, že byste nakonec mohli vložit všechny funkce, které chcete, do „CPU na čipu“, byla určitě ve vzduchu koncem šedesátých let.

Intel nebyl sám v uznání potřeby univerzálního procesoru, protože bylo příliš mnoho zákazníků, kteří chtěli, aby procesory navrhly vlastní čip pro každého z nich. Později Hoff a Noyce napsal: „Pokud by to pokračovalo… počet potřebných obvodů by se šířil nad počet návrhářů obvodů. Současně by relativní využití každého obvodu kleslo… Zvýšené náklady na design a snížené použití by výrobcům zabránily amortizovat náklady na velkou populaci uživatelů a odřízl by výhody křivky učení. “

„Lidé už roky mluvili o počítači na čipu, “ řekl spoluzakladatel Intel Gordon Moore, „ale v budoucnu to vždycky bylo. Ted viděl, že se složitostí, se kterou jsme již pracovali, jste vy mohl skutečně vytvořit integrovaný obvod, jako je tenhle. To byl skutečný koncepční průlom. “

A dokonce Ted Hoff někdy bagatelizoval význam tohoto konceptu. „Samotný vynález mikroprocesoru nebyl tak důležitý, jako prostě ocenit, že pro takovou věc existuje trh.“

Byli však i další uchazeči o titul prvního mikroprocesoru. Společnost Texas Instruments v dubnu 1971 ve skutečnosti oznámila „CPU-on-a-chip“, který byl původně navržen jako smluvní čip pro společnost Computer Terminal Corporation (později Datapoint). To zřejmě nikdy nefungovalo a ve skutečnosti Intel pracoval na čipu pro CTC se stejnou specifikací; toto bylo známé jako 1201 a nakonec by bylo přejmenováno na 8008. Možná ještě důležitější je, že koncem roku 1971 vytvořil Texas Instruments Engineer Gary Boone a Michael Cochrane první prototyp integrovaného obvodu, který zahrnoval obvod vstup-výstup, paměť a centrální procesor na jednom čipu, na rozdíl od čtyřčipové sady MCS-4. Známý jako TMS1000, byl původně používán v kalkulačce TI a byl komerčně dostupný v roce 1974. Boone obdržel patent na svůj procesor v roce 1973 a později Boone a Cochran obdrželi patent na počítač na čipu.

Patentový zástupce společnosti Intel byl skeptický vůči velkým nárokům a odolal Hoffově touze patentovat dílo jako „počítač“, protože by to bylo tak komplikované a protože jiní měli koncept umístění počítače na čip. Podle Hoffa „řekl, že za to nestojí a v té době odmítl napsat patent.“ Místo toho podali konkrétnější a omezenější patenty. Společnost Intel obdržela dva patenty: Hoff, Mazor a Faggin obdržela jeden patent na „Paměťový systém pro digitální počítač s více čipy“, který pokrýval organizaci externí sběrnice a schéma adresování paměti čipové sady Intel MCS-4, zatímco Faggin obdržel jeden pro obvod, který by mohl resetovat CPU po zapnutí napájení.

O několik let později by vynálezci Gilbertovi Hyattovi byl udělen patent na mikroprocesor, který podal v roce 1970 na základě vynálezu, který řekl, že vyrobil v roce 1968 ve své společnosti Microcomputer Inc. Zdá se však, že se nevyrábí. Mezitím Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase a RCA také pracovaly na mikroprocesorových zařízeních. Přesto je 4004 téměř všeobecně považován za první mikroprocesor.

Mezi týmy Intel také došlo ke sporům o rozdělení úvěru. Většina pozorovatelů uznává všechny čtyři muže, kteří se přímo podílejí na tvorbě čipové sady, ale vždy tomu tak není.

Faggin měl opustit Intel na konci roku 1974, jen několik měsíců po zavedení 8080, aby zahájil Zilog, přičemž si vzal s sebou Shima a další inženýry Intel, a podle Fagginova vyprávění to rozhněvalo Andyho háje Intelu. Malone cituje Faggina a říká: „Pamatuji si, jak mi řekl:‚ Nikdy neuspěješ, bez ohledu na to, co uděláš. Nebudeš mít co říct svým dětem a vnoučatům. '“ V těchto slovech bylo implikováno, že v polovodičích nebudu mít žádné dědictví. Že by mi nikdy nebylo uděleno uznání za to, co jsem udělal v Intelu. Bylo to, jako by na mě vrhl kletbu. ““

Ať už to bylo tak dramatické, zdá se, že Intel dal většinu úvěru společnosti Hoff, a to pokračovalo v mnoha dějinách. Například, jak TR Reid v The Chip (2001, Random House Trade Paperbacks), tak Dirk Hansen's The New Alchemists (1983, The Book Service Ltd) dávají Hoffovi téměř jediný kredit, stejně jako životopisec Grove Grove Richard Tedlow. Malone říká, že od té doby dal Intel veškerý kredit za mikroprocesor společnosti Hoff a žádný společnosti Faggin až do roku 2009 premiérou The Real Revolutionaries (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), dokumentu o založení Silicon Valley..

Existují však i jiné historie, které poukazují na Fagginovu roli (a na Shima a Mazora, kteří jsou ještě častěji přehlíženi) a vracejí se k rozhovorům, které Hoff dal v 80. letech. V roce 1993 publikace Intel oslavující 25. výročí společnosti připisovala Hoffovi řešení a poskytla mu téměř celý obrázek stránky, ale Faggin byl uznán za přeměnu „Hoffovy vize na silikonovou realitu“. V roce 1996, když jsme oslavovali 25. výročí mikroprocesoru na akci v Comdexu, Intel mi pomohl dostat se do kontaktu se všemi čtyřmi tvůrci, kteří získali cenu PC Magazine Lifetime Achievement Award.

Opravdu se zdá důležité připisovat všem čtyřem mužům - Hoffovi jeho vizi a základní koncepty, Mazor pro programování a práci na blokových diagramech, Shima pro vytvoření logického designu a Faggin pro vytvoření působivého křemíkového designu pro čipy. Společně vytvořili první univerzální mikroprocesor a vytvořili tak základ nejen pro to, co by se stalo průmyslem osobních počítačů, ale také pro nespočetné množství jiných elektronických zařízení. Doslova se každoročně prodávají miliardy mikroprocesorů - mnohem složitější než původních 4004 - a bez nich by náš moderní elektronický svět nebyl možný.