Раждането на микропроцесора

Intel 4004 се счита за първия микропроцесор - с други думи, първият компютър с общо предназначение на чип - но създаването му от Intel се свежда до комбинация от усилена работа, правилен момент и просто късмет.

Историята на чипа наистина започва през 1969 г., когато японска компания, наречена Nippon Calculation Machine Corporation (но известна като Busicom, след името на нейните калкулатори), сключи договор с Intel за изграждане на чиповете, необходими за нов калкулатор. Busicom беше сравнително малка компания за калкулатор, губеща дял в бързо консолидиращ се пазар и се нуждаеше от ново решение. И Intel беше стартъп, основан през 1968 г. с около 200 служители, фокусиращи се предимно върху изграждането на чипове за памет.

И двамата се нуждаеха от нещо ново.

Съоснователят на Intel и тогавашният изпълнителен директор Робърт Нойс посети Япония около края на 1968 г., търсейки клиенти. Нойс имаше среща с Sharp, тогава един от лидерите в калкулаторите, но Sharp вече имаше договори. Така Тадаши Сасаки на Sharp казва, че е представил Нойс на президента на Busicom Йошио Коджима и така Intel получи договора за изграждане на чиповете за калкулатора на Busicom.

Марсиан Едуард "Тед" Хоф, който се присъедини към Intel като служител № 12 през 1968 г., беше назначен да създаде продукти, които да накарат хората да преминат от по-стара ядрена памет към новите чипове на Intel. Според него първият потребителски проект на Intel трябваше да бъде направен за компания, която познаваше като Electro Technical Industries, но тази, която повечето нарича Busicom.

Според Масатоши Шима, тогава млад инженер в Busicom, но предначертан да стане важна част от дизайнерския екип, компанията е имала планове да изгради серия от чипове с общо предназначение ", които ще бъдат използвани не само за настолен калкулатор, но и за бизнес машина, като машина за фактуриране, касов апарат и машина за касиране. " Но Busicom не каза това на Intel по това време, "защото това беше поверителният въпрос между Busicom и NCR Япония", така че Intel смяташе, че целта е просто да се изгради по-мощен калкулатор.

Първоначалният договор е подписан през април 1969 г., а в края на юни Shima и двама други инженери на Busicom пристигат в Intel. Първоначалният план имаше инженери от Busicom, които проектираха серия LSI чипове, а Intel изработиха чиповете, използвайки своята MOS (метал-оксид-полупроводник) технология. Intel трябваше да получи 100 000 долара за създаване на чипове и след това 50 долара за всеки направен комплект, като Busicom се ангажира с поне 60 000 единици.

Шима казва, че неговият екип предложи да направи девет вида LSI чипове, но по повечето сметки това скоро се превърна в предложение с 12 чипа, като за някои от чиповете са необходими 3000 до 5000 транзистора всеки - огромна сума за 1969 г., когато стандартният калкулатор има шест чипа, всеки от тях имаше 600 до 1000 транзистора. Хоф погледна плановете и смяташе, че чиповете са твърде сложни за правене и „че няма да можем да произвеждаме тези неща до ценовите цели“.

Хоф разгледа дизайна и имаше различни концепции, включително преминаване от десетична аритметика към двоична аритметика, с използване на по-чип с общо предназначение с прост набор от инструкции.

Хоф смята, че планът на Busicom е прекалено сложен и вместо това предложи да се създаде логически чип с общо предназначение, с голяма част от инструкциите в софтуера, съхраняван на чипове памет. Както е цитирано в книгата на Leslie Berlin „ Човекът зад микрочипа“ (2006, Oxford University Press), Хоф отиде при генералния директор на Intel Нойс и обясни концепцията си, която ще се състои от един микропроцесор, два чипа памет и регистър на смяна. "Мисля, че можем да направим нещо, за да опростим това", каза Хоф. "Знам, че това може да се направи. Може да се направи така, че да се подражава на компютър." Въпреки че не му беше поставена официална задача да проектира чиповете за машината, Нойс му даде разрешение да продължи да работи върху концепцията.

Хоф работи над концепциите през лятото и с инженер Стенли Мазор Хоф създаде блок-чертеж на архитектурата. Това би бил 4-битов двоичен логически чип (за разлика от десетичния дизайн на Busicom) и би съхранявал програмите за изпълнение на функциите на калкулатора в чип на паметта, което беше специалността на Intel по онова време.

Има малко различни спомени как Shima и екипът на Busicom реагираха на концепцията. Според Хоф, цитиран в книгата на Майкъл С. Малоун „ Intel Trinity (2014, HarperBusiness)“, „Така направих някои предложения на японските инженери да направят нещо по тези линии [архитектурата с общо предназначение] - и те не бяха най-малко заинтересовани. Казаха, че признават, че дизайнът е твърде сложен, но работят по опростяването и измислят да проектират калкулатори и нищо друго. Просто не се интересуват."

Масатоши Шима от Busicom, който ръководеше проекта от матрицата на Busicom, го помни малко по-различно. В устна история той каза: „Чувствах, че предложението на Хоф е добро, но ако приемем предложението на Хоф такова, каквото е, трябваше да направим проекта отново отначало“. Шима отбеляза всички подробности, които Хоф все още няма.

През август Нойс изпрати нота до президента на Busicom Йошиа Коджима, като го предупреди, че поради сложността на дизайна на Busicom няма „възможност да произвеждаме тези единици за 50 долара / комплект дори за най-простия комплект“ и предполагайки, че действителната цена ще да бъде около 300 долара.

Това бе последвано от официално писмо до Busicom и среща между двете компании през октомври, където Busicom реши да премине с дизайна на Intel. Но ще отнеме до февруари 1970 г., за да бъде договорен официалният договор.

Ролята на Фагин

Busicom очакваше, че Intel работи по новия план и предложи компанията да има по същество завършена схема до момента, когато Шима, който се завърна в Япония, дойде на посещение на 7 април 1970 г. Но Intel имаше проблеми с други чипове и преминава през спад в индустрията и не постигна напредък. С други думи, тя имаше концепцията за чиповете, включително блок-схеми за това как трябва да работят чиповете, но не и действителните конструкции на чиповете: техническите подробности за това как транзисторите ще се сглобят и могат да бъдат произведени.

За да ръководи този процес, Intel нае Федерико Фаггин от Fairchild Semiconductor. Докато той го описва, той се присъедини към компанията през тази седмица и една от първите му задачи беше да се срещне с Shima и да обясни, че Intel няма готови чипове. "Сега имах тази задача, където по същество закъснявам с шест месеца в деня, след като започна", каза той.

Както Фаггин го описа в историята си за раждането на микропроцесора: „Работих яростно, от 12 до 16 часа на ден. Първо реших останалите архитектурни проблеми и след това поставих основите на стила на дизайн, който ще използвам за накрая, аз започнах логиката и схемата на дизайна, а след това и оформлението на четирите чипа. Трябваше да разработя нова методология за произволно логическо проектиране с технология на силиконовата порта; това никога не е правено досега."

Той работи в тясно сътрудничество с Shima, който беше нов в MOS дизайна, но работеше върху LSI чипове и заедно създадоха чиповете, които ще станат семейство MCS-4. Моделът 4001 е 2, 048-битов ROM чип с памет, предназначен да поддържа програмирането. 4002 беше 320-битов чип RAM памет, проектиран да бъде кеш на данни. 4003 беше 10-битов регистър за вход-изход, за да подаде данните в основния процесор и да премахне резултата. И накрая, моделът 4004 беше 4-битов централен логически модул за обработка.

В крайна сметка това беше херкулесово усилие, като Фаггин и Шима разработиха чипове много по-бързо, отколкото беше нормално. Различните чипове бяха в различни части на процеса по различно време и в края на декември първите версии бяха готови. Както обикновено, те изискват малко ощипване, но до март Фаггин изпраща първия напълно оперативен 4004 до Шима, който дотогава се завръща в Япония. В крайна сметка 4004 беше единичен силиконов чип, който измерваше една осма на една шеста от инча с 2250 индивидуални елемента на веригата.

В акаунта на Фаггин, „от идеята до напълно работещ продукт отне малко по-малко от една година“. Според Шима, „От общата идея на Busicom, тя [разработката] продължи около две години и три месеца. И през април 1971 г. най-накрая настолният калкулатор работеше публично. Бях толкова развълнуван!“

Intel получава права

В първоначалния договор за чипа, Busicom притежаваше изключителните права на 4004. Но до пролетта на 1971 г. пазарът на калкулатори намалява и Busicom иска да предоговори договора. Въпреки че имаше известни притеснения в Intel относно размера на пазара и факта, че тогава Intel беше компания за памет, а не компания за процеси, Faggin, Hoff и Mazor оказват натиск върху други хора в компанията, за да си върнат правата за продажба на чипа на други клиенти.

Както си спомня Хоф, „Един от аргументите, които получих от маркетинговите хора, беше за времето, когато казвах:„ Трябва да получите правото да го продавате “, казва:„ Вижте, те продават само около 20 000 мини-компютри всяка година. И закъсняваме на пазара и ще имате късмет да вземете 10 процента от това. Това е 2000 чипа годишно. " И те казаха: "Просто не си струва главоболието от подкрепа и всичко за пазар от само 2000 чипа.""

В крайна сметка Нойс получи подписването на сделката и Intel законно успя да продаде чипа на други компании, конкурентите на Busicom изключиха.

Но 4004 никога не можеше да намери голяма аудитория с други клиенти, отчасти заради ограниченията си - беше само четири битов процесор с ограничена памет. Докато Intel официално обяви чипа в изданието на Electronics News от 15 ноември 1971 г. под заглавието „Нова ера в интегрираната електроника“, като копие го обяви за „микропрограмируем компютър на чип“. Но индустрията и самият Intel бяха на път да преминат към по-нови и по-добри процесори.

8008 - Преминаване към 8-битови изчисления

Не след дълго Busicom се обърна към Intel, за да направи чипове за своя калкулатор, Computer Terminals Corporation (CTC), по-късно наречена Datapoint, поиска Intel за предложение за чипове за нов компютърен терминал - екран и клавиатура, предназначени да се свържат с отдалечен компютър, Отново Хоф и Мазор предложиха микропроцесор, който да се справи с логиката.

Имаше няколко големи разлики между 4004 и 8008, въпреки че те се появиха не много отдалечени. Като начало, 8008 беше 8-битов микропроцесор, което го направи достатъчно голям, за да работи по 8 бита данни - достатъчно за един "байт" или един знак - в даден момент. Също така, за разлика от 4004, който изисква собствени специални чипове за памет, 1201 е проектиран да използва стандартна памет.

Проектът стартира през декември 1969 г. със среща с Андрю Гроув, в която Datapoint поиска чипове за 8-битов компютър. Според Mazor той направи три предложения на Datapoint - две вариации на 8-битов "стек на регистър" и "цял 8-битов процесор на един чип." Към този момент Mazor и Hoff вече работеха по проекта Busicom, който ще включва 4004.

Приблизително по същото време, Datapoint очевидно помоли Texas Instruments за подобен дизайн. В някои разкази, Datapoint пренася схемата на Хоф и Мазор до Далас, където идеята започва да прераства в програма за разработка в полупроводниковата лаборатория на TI.

Mazor казва, че смята, че е много вероятно TI първоначално да предложи мулти-чипов набор и че тогава Datapoint доведе предложението на Intel към TI, така че TI се опита да изгради чип в тази спецификация. Но Mazor казва, че чипът TI не е могъл да работи, тъй като спецификацията му е имала "дефект".

През март 1970 г. Intel наема Hal Feeney, за да работи върху специфичния дизайн на чипа, известен тогава като 1201, колкото Faggin е работил върху 4004; и наистина всеки помогна за другия проект. Работата по 1201 продължи до средата на 1970 г., но тогава Intel беше загрижен дали Datapoint действително ще използва чипа, така че работата беше поставена върху хиатус, докато Mazor и други работиха повече върху 4004.

Texas Instruments има дизайн на чипове през март 1971 г., което щеше да е няколко месеца, преди 4004 да работи, и всъщност обяви своя чип през юли 1971 г., няколко месеца преди обявяването на 4004. Но този чип очевидно никога не се доставя.

Но съобщението за TI подтикна Intel, и по-специално Grove, да удвои усилията си спрямо 1201. В крайна сметка Datapoint не използва нито Intel, нито TI чиповете. Вместо това, по времето, когато Intel завърши дизайна, Datapoint 2200 беше представен с помощта на конвенционални TTL чипове.

Дори ако Datapoint не се интересуваше, Intel започваше да наблюдава интерес от други компании, като Seiko, които искаха да създадат 8-битов научен калкулатор.

Около този момент Intel започна да мисли по-сериозно за именуването. Оригиналната схема за именуване на Intel се основаваше на различните видове части, които създаваше, така че всеки чип в семейството щеше да има различни числа. Фаггин казва, че е измислил именуването на семейството 4000, тъй като е било по-последователно. Така след въвеждането на 4004, маркетинговият отдел промени 1201 на 8008, за да отразява, че е 8-битов чип, и така се нарича 8008, когато бе представен през април 1972 г. 8008 доведе до големите усилия на Intel за маркетинг на микропроцесори и доведе до създаването на групата на микрокомпютърните системи и до създаването на табла и системи за разработка. Това от своя страна със сигурност помогна за стимулирането на създаването на редица 8-битови устройства, включително някои от машините, които бяха ранни микрокомпютри.

Кой заслужава кредита?

През годините имаше много дебати за 4004, мястото му като първи микропроцесор и заслугата, която всеки един от участниците заслужи.

Историята на интегралните схеми е една от по-нататъшните и по-нататъшни интеграции, така че идеята, че евентуално бихте могли да поставите всички функции, които искате в „процесор на чип“, със сигурност е била във въздуха до края на 60-те години.

Intel не беше сам в разпознаването на необходимостта от процесор с общо предназначение, тъй като имаше твърде много клиенти, които искаха процесорите да проектират персонализиран чип за всеки от тях. По-късно Хоф и Нойс ще напишат "Ако това продължи… броят на необходимите вериги ще се разпространи извън броя на конструкторите на вериги. В същото време относителното използване на всяка верига ще падне…. Повишената проектна цена и намалената употреба ще попречат на производителите да амортизиране на разходите за голяма потребителска популация и би отнело предимствата на кривата на обучение."

"Хората говориха за компютър на чип години наред", каза съоснователят на Intel Гордън Мур, "но в бъдеще винаги е имало. Това, което видя Тед, беше, че със сложността, с която вече работихме, вие всъщност може да направи интегрирана схема подобна на сега. Това беше истинският идеен пробив."

И дори Тед Хоф понякога омаловажава значението на концепцията. „Реалното изобретение на микропроцесора не беше толкова важно, колкото просто да се оцени, че има пазар за такова нещо.“

Но имаше и други претенденти за титлата първи микропроцесор. През април 1971 г. Texas Instruments обявиха „процесор на чип“, проектиран първоначално като договорен чип за Computer Terminal Corporation (по-късно Datapoint). Това очевидно никога не е работило и всъщност Intel работеше върху чип за CTC със същата спецификация; това беше известно като 1201 и в крайна сметка ще бъде преименувано на 8008. Може би по-важното е, че в края на 1971 г. инженерите на Texas Instruments Гари Буун и Майкъл Кокрайн произвеждат първия прототип на интегрална схема, включваща схема за вход-изход, памет и централна процесор всичко в един чип, за разлика от четири-чип MCS-4 набор. Известно като TMS1000, това е използвано първоначално в TI калкулатор и става достъпно в търговската мрежа през 1974 г. Boone получава патент за своя процесор през 1973 г., а по-късно Boone и Cochran получават патент за компютър на чип.

Патентният адвокат на Intel беше скептично настроен да предявява големи претенции и устоя на желанието на Хоф да патентова произведението като "компютър", защото би било толкова сложно и защото другите имали идеята да поставят компютър на чип. Според Хоф "той каза, че не си заслужават и по същество той отказа да напише патент." Вместо това те подадоха по-конкретни и по-ограничени патенти. Intel получи два патента: Hoff, Mazor и Faggin получиха един от „Системата памет за цифров компютър с много чипове“, обхващащ външната организация на шината и схемата за адресиране на паметта на чипа на Intel MCS-4, докато Faggin получи един за схема, която може да нулира процесора, когато захранването е включено.

Години по-късно изобретателят Гилбърт Хиат ще получи патент на микропроцесора, подаден през 1970 г., въз основа на изобретение, за което казва, че е направил през 1968 г. в компанията си Microcomputer Inc. Но това изглежда не е произведено. Междувременно Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase и RCA също работеха върху микропроцесорни устройства. Все пак 4004 почти универсално се счита за първия микропроцесор.

Сред екипа на Intel имаше и спорове относно разделянето на кредита. Повечето наблюдатели кредитират четиримата мъже, пряко участващи в създаването на чипа, но не винаги е така.

Фаггин трябваше да напусне Intel в края на 1974 г., само месеци след въвеждането в 8080 г., за да започне Zilog, като взе със себе си Шима и други инженери на Intel, а в разказа на Фаггин, това разгневи Анди Гроув на Intel. Малоун цитира Фагин, казвайки: „Спомням си, че той ми каза:„ Никога няма да успееш, независимо какво ще правиш. Няма да имаш какво да кажеш на децата и внуците си “. В тези думи се подразбираше, че няма да имам наследство в полупроводниците. Никога няма да ми се отдаде заслуга за това, което направих в Intel. Сякаш той ме хвърли на проклятие."

Независимо дали е било драматично или не, изглежда, че Intel отдаде по-голямата част от заслугата на Хоф и това продължава в много истории. Например, както TR Reid in The Chip (2001 г., Random House Trade Paperback), така и „Новите алхимици“ на Dirk Hansen (1983, The Book Service Ltd) дават почти единствен кредит на Хоф, както и биографът на Grove Ричард Тедлоу. Всъщност Малоун казва, че оттогава нататък Intel дава цялата заслуга за микропроцесора на Хоф и никой на Фаггин до 2009 г. с премиерата на The Real Revolutionary (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), документален филм за основаването на Silicon Valley, Но има и други истории, които сочат ролята на Фаггин (и тези на Шима и Мазор, които са дори по-често пренебрегвани), връщайки се към интервютата, които Хоф даде през 80-те години. През 1993 г. издание на Intel, отбелязващо 25-годишнината на компанията, кредитира Хоф за решението и му даде почти пълна снимка на страница, но Фагин беше признат за превръщането на „визията на Хоф в силиконова реалност“. През 1996 г., когато отбелязвахме 25-годишнината на микропроцесора на събитие в Comdex, Intel ми помогна да се свържа с всички четирима създатели, които получиха наградата за списание PC Magazine Lifetime Achievement.

Всъщност изглежда важно да се кредитират и четиримата мъже - Хоф за неговата визия и основните концепции, Мазор за програмирането и работата по блок-схемите, Шима за създаване на логическия дизайн и Фаггин за създаването на впечатляващия силиконов дизайн за чиповете. Заедно те създадоха първия микропроцесор с общо предназначение и по този начин създадоха основата не само за това, което ще се превърне в индустрията за персонални компютри, но и за неизброим брой други електронни устройства. Буквално милиарди микропроцесори се продават всяка година - всички много по-сложни от оригиналните 4004 - и без тях съвременният ни електронен свят би бил невъзможен.