Народження мікропроцесора

Intel 4004 вважається першим мікропроцесором - інакше кажучи, першим комп'ютером загального призначення на мікросхемі, але його створення Intel зводило до поєднання важкої роботи, правильних термінів і просто удачі.

Історія мікросхеми насправді починається в 1969 році, коли японська компанія під назвою Nippon Calculation Machine Corporation (але відома як Busicom, після назви її калькуляторів) уклала контракт з Intel на створення чіпів, необхідних для нового калькулятора. Бусіком була порівняно невеликою компанією, що програла калькулятор, яка втрачала частку на швидко консолідуючому ринку і потребувала нового рішення. А Intel - це стартап, заснований в 1968 році з близько 200 співробітників, в основному, зосереджуючись на створенні мікросхем пам'яті.

Обоє потребували чогось нового.

Співзасновник Intel, а потім генеральний директор Роберт Нойс побував у Японії близько кінця 1968 року, шукаючи клієнтів. Нойс мав зустріч із Шарпом, тоді одним із лідерів у галузі калькуляторів, але у Шарпа вже були наявні контракти. Тож Тадаші Сасакі від Шарпа каже, що він представив Нойса президентові Бусікому Йошіо Кодзима, і ось Intel отримав контракт на створення фішок для калькулятора Busicom.

Марціан Едвард "Тед" Хофф, який приєднався до Intel як співробітник № 12 в 1968 році, був призначений створити продукти, які дозволять людям переходити зі старої основної пам'яті на нові мікросхеми пам'яті Intel. За його розповіддю, перший замовний проект Intel повинен був бути зроблений для компанії, яку він знав як Electro Technical Industries, але яку більшість називають Busicom.

За словами Масатоші Шими, тоді молодого інженера в Busicom, але судилося стати важливою частиною дизайнерської команди, компанія планувала побудувати серію чіпів загального призначення ", яка буде використовуватися не тільки для настільного калькулятора, але і для бізнес-машини, такі як платіжна машина, касовий апарат і автомат. " Але Busicom в той час не говорив Intel про це, "оскільки це було конфіденційною справою між Busicom та NCR Японією", тому Intel подумав, що метою було лише побудувати більш потужний калькулятор.

Початковий контракт був підписаний у квітні 1969 року, а наприкінці червня Шима та двоє інших інженерів Бусікому прибули до Intel. У первісному плані інженери Busicom проектували серію LSI-мікросхем, а Intel виготовляла мікросхеми за своєю технологією MOS (метал-оксид-напівпровідник). Intel повинна була отримати 100 000 доларів за створення наборів чіпів, а потім 50 доларів за кожен зроблений набір, при цьому Busicom взяв на себе щонайменше 60 000 одиниць.

Шима каже, що його команда запропонувала виготовити дев'ять видів мікросхем LSI, але в більшості випадків це незабаром стала пропозицією з 12-ти мікросхемами, для деяких мікросхем потрібен від 3000 до 5000 транзисторів кожен - величезна кількість за 1969 рік, коли стандартний калькулятор мав шість мікросхем, кожен з яких мав від 600 до 1000 транзисторів. Гофф переглянув плани і подумав, що чіпси занадто складні для виготовлення, і "що ми не зможемо виготовити ці речі до цінових показників".

Гофф розглядав дизайн і мав різноманітні концепції, включаючи перехід від десяткової арифметики до двійкової арифметики, використовуючи більш чіп загального призначення з простим набором інструкцій.

Гофф подумав, що план Busicom був надмірно складним, і натомість запропонував створити логічний чіп загального призначення з великою кількістю інструкцій програмного забезпечення, що зберігаються на мікросхемах пам'яті. Як цитується в книзі Леслі Берліна «Людина за мікрочіпом» (2006, Oxford University Press), Хофф відправився до генерального директора Intel Нойса і пояснив свою концепцію, яка складатиметься з одного мікропроцесора, двох мікросхем пам'яті та реєстру змін. "Я думаю, що ми можемо зробити щось для того, щоб спростити це", - сказав Гофф. "Я знаю, що це можна зробити. Це можна зробити для емуляції комп'ютера". Незважаючи на те, що йому не було доручено працювати над розробкою мікросхем для машини, Нойс дав йому дозвіл продовжувати працювати над концепцією.

Хофф працював над концепціями протягом літа, і разом з інженером Стенлі Мазором Хофф створив блок-креслення архітектури. Це був би 4-бітний бінарний логічний чіп (на відміну від десяткового дизайну Busicom) і зберігав би програми для запуску функцій калькулятора на мікросхемі пам'яті, що було особливістю Intel на той час.

Існують дещо різні згадки про те, як Шима та команда Бусікома відреагували на цю концепцію. За словами Гоффа, цитованого в книзі Майкла С. Малоун " Intel Trinity (2014, HarperBusiness)", "Тому я зробив кілька пропозицій японським інженерам зробити щось за цими напрямками [архітектури загального призначення] - і вони були не в останню чергу зацікавлені Вони сказали, що визнали дизайн занадто складним, але вони працювали над спрощенням, і вони розробляли калькулятори, і нічого іншого. Вони просто не були зацікавлені ".

Масатосі Сіма Бусікома, який керував проектом від смерті Бусікома, згадує його дещо інакше. В усній історії він сказав: "Я відчував, що пропозиція Гоффа хороша, але якщо ми прийняли пропозицію Гоффа такою, якою вона була, нам довелося робити проект знову заново". Шима відзначив усі подробиці, яких у Хоффа ще не було.

У серпні Нойс надіслав ноту президенту Бусікому Йошії Кожіма, попередивши його, що через складність дизайну Бусікома, "не існує можливості, щоб ми могли виготовити ці агрегати за 50 доларів / комплект навіть для найпростішого комплекту", припустивши, що реальна вартість буде становитиме близько 300 доларів.

Після цього відбувся офіційний лист до Busicom та зустріч між двома компаніями у жовтні, де Busicom вирішив піти з дизайном Intel. Але для укладення офіційного контракту буде потрібно до лютого 1970 року.

Роль Фаггіна

Бусіком сподівався, що Intel працює над новим планом і висловив припущення, що компанія повинна мати практично завершену схему до того моменту, коли Шима, який повернувся в Японію, приїхав з візитом 7 квітня 1970 року. Але у Intel виникли проблеми з інших чіпів і переживає спад у галузі та не досяг жодного прогресу. Іншими словами, вона мала концепцію мікросхем, включаючи блок-схеми того, як мікросхеми повинні працювати, але не реальні конструкції мікросхем: технічні деталі того, як транзистори злипляться і можуть бути виготовлені.

Щоб очолити цей процес, Intel найняла Федеріко Фаггіна від Fairchild Semiconductor. Описуючи це, він приєднався до компанії на цьому тижні, і одним з його перших завдань було зустріти Shima і пояснити, що Intel не готував чіпи. "У мене зараз було це завдання, де я фактично запізнююсь на півроку на наступний день після початку", - сказав він.

Як Фаггін описав це у своїй розповіді про народження мікропроцесора, "я працював несамовито, 12-16 годин на день. Спочатку я вирішив інші архітектурні проблеми, а потім заклав основу стилю дизайну, який би використовував Набір мікросхем. Нарешті, я розпочав розробку логіки та схеми, а потім макет чотирьох мікросхем. Мені довелося розробити нову методологію розробки випадкової логіки за допомогою технології кремнієвих воріт; це раніше не було зроблено ".

Він тісно співпрацював із Shima, який був новим у дизайні MOS, але працював над LSI-чіпами, і разом вони створили чіпи, які стануть сімейством MCS-4. Модель 4001 представляла собою 2, 048-бітний чіп пам'яті ROM, призначений для утримання програмування. 4002 являв собою 320-бітний чіп оперативної пам'яті, призначений для кешу даних. 4003 являв собою 10-бітний регістр вводу-виводу для подачі даних в основний процесор і видалення результату. І нарешті, модель 4004 була 4-розрядним центральним логічним блоком обробки.

За всіма даними, це були геркулесові зусилля: Фаггін і Шима розвивали фішки набагато швидше, ніж це було нормально. Усі фішки були в різних частинах процесу в різний час, і наприкінці грудня перші версії були готові. Як завжди, вони потребували певного налаштування, але до березня Фаггін відправив перший повністю оперативний 4004 до Сіма, який до того часу повернувся до Японії. Врешті-решт, 4004 був єдиним кремнієвим чіпом, який вимірював одну восьму на шосту частину дюйма з 2250 окремих елементів схеми.

На думку Фаггіна, "від ідеї до повністю працюючого продукту пішло трохи менше року." За словами Шими, "З загальної ідеї Бусікома, вона [розробка] тривала близько двох років і трьох місяців. І в квітні 1971 року нарешті настільний калькулятор працював публічно. Я був так схвильований!"

Intel отримує права

У первісному контракті на мікросхему Busicom володів ексклюзивними правами на 4004. Але до весни 1971 р. Ринок калькуляторів скорочувався, і Busicom хотів повторно укласти договір. В той час, як у Intel виникали певні занепокоєння щодо розміру ринку та того, що Intel тоді була компанією пам'яті, а не процесорною компанією, Фаггін, Хофф та Мазор тиснули на інших людей всередині компанії, щоб повернути права на продаж чіпа іншим клієнтам.

Як згадує Гофф, "Один із аргументів, які я отримав від маркетингових людей, - це про час, коли я говорив:" Ви повинні отримати право продавати його ", сказав:" Подивіться, вони продають лише близько 20 000 міні-комп'ютерів щороку . І ми запізнилися на ринок, і вам пощастить отримати 10 відсотків. Це 2000 фішок на рік. " І вони сказали: "Це просто не варто головних болів підтримки та всього, що має лише 2000 фішок". "

Врешті Нойс підписав угоду, і Intel законно змогла продати чіп іншим компаніям.

Але 4004 ніколи не знаходив великої аудиторії серед інших клієнтів, частково через свої обмеження - це був лише чотирибітний процесор з обмеженою пам'яттю. У той час як Intel офіційно оголосив про мікросхема у своєму випуску Electronics News у 15 листопада 1971 року під заголовком "Нова ера в інтегрованій електроніці", копія оголосила його "мікропрограмованим комп'ютером на мікросхемі". Але галузь та сам Intel збиралися перейти до новіших та кращих процесорів.

8008 - перехід до 8-бітових обчислень

Невдовзі Busicom звернувся до Intel, щоб зробити мікросхеми для свого калькулятора, корпорація Computer Terminals Corporation (CTC), пізніше її називати Datapoint, попросила Intel отримати пропозицію мікросхем для нового комп'ютерного терміналу - екрана та клавіатури, призначених для підключення до віддаленого комп'ютера . Знову ж, Хофф і Мазор запропонували мікропроцесор, який керував логікою.

Існувало кілька великих відмінностей між 4004 і 8008, хоча вони з'явилися не так довго один від одного. Для початку 8008 був 8-бітовим мікропроцесором, який зробив його досить великим для роботи над 8 бітами даних - достатньо для одного "байта" або одного символу. Крім того, на відміну від 4004, який потребував власних спеціальних мікросхем пам'яті, 1201 був розроблений для використання стандартної пам'яті.

Проект розпочався в грудні 1969 року зустріччю з Ендрю Гроувом, на якій Datapoint попросив мікросхеми для 8-бітного комп'ютера. За словами Mazor, він зробив три пропозиції до Datapoint: дві варіанти 8-бітного "стека реєстру" та "всього 8-бітного процесора на одному чіпі". До цього моменту Мазор і Хофф вже працювали над проектом Бусіком, який включав би 4004.

Приблизно в той же час, Datapoint, очевидно, попросив Texas Instruments про подібний дизайн. У деяких розповідях, Datapoint переніс схему Гоффа та Мазора до Далласа, де ідея почала переростати в програму розвитку в напівпровідниковій лабораторії TI.

Mazor каже, що вважає, що дуже ймовірно, що TI спочатку запропонував багаточиповий набір, і тоді Datapoint приніс пропозицію Intel до TI, тому TI намагався створити чіп для цієї специфікації. Але Mazor каже, що мікросхем TI не міг працювати, оскільки його специфікація мала "дефект".

Intel найняла Хал Фіні в березні 1970 року для розробки конкретного дизайну чіпа, тоді відомого як 1201, як Фаггін працював над 4004; і справді, кожен допомагав в іншому проекті. Робота над 1201 тривала до середини 1970-х, але тоді Intel переймався питанням, чи Datapoint буде реально використовувати чіп, тому робота була поставлена ​​на перерву, тоді як Mazor та інші працювали більше на 4004.

У березні 1971 р. Компанія Texas Instruments мала дизайн мікросхем, що пройшло б за пару місяців до того, як 4004 запрацював, і фактично оголосив про свій чіп у липні 1971 року, за кілька місяців до оголошення 4004. Але цей чіп, мабуть, ніколи не постачався.

Але оголошення про TI спонукало Intel, зокрема Grove, щоб подвоїти свої зусилля на 1201. Зрештою, Datapoint не використовував ні мікросхеми Intel, ні TI. Натомість до того часу, коли Intel закінчила розробку, Datapoint 2200 був представлений за допомогою звичайних мікросхем TTL.

Навіть якщо Datapoint не зацікавився, Intel починає бачити інтерес з боку інших компаній, таких як Seiko, які хотіли створити 8-розрядний науковий калькулятор.

Приблизно в цей момент Intel почала серйозніше замислюватися над називанням. Оригінальна схема імен Intel була заснована на різних видах частин, які вона створювала, тому кожен чіп у родині мав би різну кількість. Фаггін каже, що придумав назву для сім'ї 4000, оскільки це було більш послідовно. Тож після впровадження 4004 відділ маркетингу змінив 1201 на 8008, щоб відобразити його як 8-бітний чіп, і саме так називали 8008, коли він був представлений у квітні 1972 року. 8008 призвів до великих зусиль Intel з маркетингу мікропроцесорів і призвело до створення групи "Мікрокомп'ютерні системи" та створення плат і систем розвитку. Це, в свою чергу, безумовно допомогло створити ряд 8-бітних пристроїв, включаючи деякі машини, які були ранніми мікрокомп'ютерами.

Хто заслуговує на кредит?

Протягом багатьох років було багато дискусій щодо 4004, його місця як першого мікропроцесора та кредиту, який заслуговував кожен з учасників.

Історія інтегральних мікросхем - це одна з подальших та подальших інтеграцій, тому думка про те, що в кінцевому рахунку ви зможете ввести всі необхідні функції в «процесор на мікросхемі», безумовно, вийшла в ефір до кінця 1960-х.

Intel не самотужки визнала необхідність процесора загального призначення, оскільки було занадто багато клієнтів, які хотіли, щоб процесори розробили індивідуальний чіп для кожного з них. Пізніше Гофф і Нойс напишуть "Якби це продовжувалося … кількість потрібних схем збільшилася б за кількістю конструкторів ланцюгів. В той же час відносне використання кожної схеми впаде …. Збільшення проектних витрат і зменшення використання заважають виробникам амортизація витрат на велику кількість користувачів та знизила б переваги кривої навчання ".

"Люди говорили про комп’ютер на мікросхемі роками, - сказав співзасновник Intel Гордон Мур, - але це було завжди там у майбутньому. Тед бачив, що це, зі складністю, з якою ми вже працювали, ви насправді можна зробити інтегральну схему подібною до цього. Це був справжній концептуальний прорив ".

І навіть Тед Хофф іноді недооцінював важливість концепції. "Фактичний винахід мікропроцесора був не таким важливим, як просто оцінити, що існує такий ринок".

Але були й інші претенденти на звання першого мікропроцесора. У квітні 1971 р. Texas Instruments фактично оголосили про "процесор на чипі", розроблений спочатку як контрактний чіп для корпорації Computer Terminal (пізніше Datapoint). Це, мабуть, ніколи не працювало, і насправді Intel працювала над чіпом для CTC з тією ж специфікацією; це було відоме як 1201 і в кінцевому підсумку було б перейменовано на 8008. Можливо, що ще важливіше, наприкінці 1971 р. інженер компанії Texas Instruments Гері Бун та Майкл Кокран створили перший прототип інтегральної схеми, що включав схему вводу-виводу, пам'ять та центральну процесор все в одному мікросхемі, на відміну від чотирисхемового MCS-4 набору. Відомий як TMS1000, він спочатку використовувався в калькуляторі TI і став комерційно доступним у 1974 році. Бун отримав патент на свій процесор у 1973 році, а згодом Бун та Кохран отримали патент на комп'ютер на мікросхемі.

Патентний повірений Intel скептично ставився до великих претензій і протистояв бажанню Гоффа запатентувати роботу як "комп'ютер", тому що це було б так складно і тому, що інші мали концепцію поставити комп'ютер на чіп. За словами Гоффа, "він сказав, що вони цього не варті, і він фактично відмовився писати патент". Натомість вони подавали більш конкретні та обмежені патенти. Intel отримала два патенти: Hoff, Mazor і Faggin отримали один на "Системі пам'яті для цифрового комп'ютера з декількома чіпами", що охоплює зовнішню організацію шини та схему адресації пам'яті набору мікросхем Intel MCS-4, тоді як Faggin отримав один для схеми, яка могла б скинути процесор при включенні живлення.

Роками пізніше винахіднику Гілберту Хаятту було надано патент на мікропроцесор, який він подав у 1970 році, на основі винаходу, який він сказав, що він зробив у 1968 році у своїй компанії Microcomputer Inc., але це, здається, не було виготовлено. Тим часом Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase та RCA також працювали над мікропроцесорними пристроями. І все-таки 4004 майже універсально вважається першим мікропроцесором.

Серед команди Intel також були суперечки щодо розподілу кредиту. Більшість спостерігачів зараховують усіх чотирьох чоловіків, які безпосередньо беруть участь у створенні набору чіпів, але це не завжди так.

Фаггін повинен був покинути Intel наприкінці 1974 року, через кілька місяців після введення 8080 року, щоб запустити Zilog, взявши з собою Шиму та інших інженерів Intel, і, як розповідає Фаггін, це розгнівало Енді Гроува від Intel. Малоун цитує Фаггіна, кажучи: "Я пам'ятаю, як він сказав мені:" Ти ніколи не досягнеш успіху, незалежно від того, що ти збираєшся робити. У тебе нічого не буде сказати дітям та онукам ". Наслідком цих слів було те, що я не матиму спадщини в напівпровідниках. Мені ніколи не дадуть заслуги за те, що я робив в Intel. Це було так, як він кидає на мене прокляття ".

Незалежно від того, чи це було драматично, чи здається, що Intel віддала велику частину заслуг Хоффу, і це тривало у багатьох історіях. Наприклад, як TR Reid in The Chip (2001, Paperback Paper Racks House), так і «Нові алхіміки» Дірка Хансена (1983, The Book Service Ltd) дають майже єдиний кредит Гоффу, як і біограф Гроув Річард Тедлоу. Дійсно, Малоун каже, що відтоді Intel віддала всі заслуги за мікропроцесор Хоффу, а Фаггіну - до 2009 року прем'єрою фільму «Реальні революціонери» (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment) - документального фільму про заснування «Силіконової долини» .

Але є й інші історії, які вказують на роль Фаггіна (а також про Шиму та Мазора, які ще частіше забувають), повертаючись до інтерв'ю, які Гофф дав у 1980-х. У 1993 році видання Intel, яке відзначало 25-ту річницю компанії, зарахувало Гоффа за рішення та дало йому майже повну картинку сторінки, але Фаггіна було визнано за перетворення "бачення Гоффа в кремнієву реальність". У 1996 році, коли ми святкували 25-ту річницю мікропроцесора на заході в Comdex, Intel допомогла мені зв’язатися з усіма чотирма творцями, які отримали нагороду PC Magazine за все життя.

Дійсно, здається важливим заслужити всіх чотирьох чоловіків - Гоффа за його бачення та основні поняття, Мазора для програмування та роботи над блок-схемами, Шима для створення логічного дизайну та Фаггіна для створення вражаючого кремнієвого дизайну для мікросхем. Разом вони створили перший мікропроцесор загального призначення, і тим самим створили основу не тільки для того, що стане індустрією персональних комп'ютерів, але й для незліченної кількості інших електронних пристроїв. Буквально мільярди мікропроцесорів продаються щороку - все набагато складніше, ніж оригінальні 4004 - і без них наш сучасний електронний світ був би неможливим.