Mikroprocessorens fødsel

Intel 4004 betragtes som den første mikroprocessor - med andre ord den første generelle computer på en chip - men dens oprettelse af Intel kom ned til en kombination af hårdt arbejde, den rigtige timing og bare ren held.

Historien om chippen begynder virkelig i 1969, da et japansk firma kaldet Nippon Calculating Machine Corporation (men kendt som Busicom, efter navnet på dets regnemaskiner) indgik kontrakt med Intel om at bygge de chips, der var nødvendige til en ny lommeregner. Busicom var et relativt lille regnemaskiner, der mistede sin andel i et hurtigt konsoliderende marked og havde brug for en ny løsning. Og Intel var en opstart, der blev grundlagt i 1968 med omkring 200 ansatte, hovedsagelig med fokus på opbygning af hukommelseschips.

Begge havde brug for noget nyt.

Intel-medstifter og daværende administrerende direktør Robert Noyce havde besøgt Japan omkring slutningen af ​​1968 på udkig efter kunder. Noyce havde et møde med Sharp, dengang en af ​​lederne inden for regnemaskiner, men Sharp havde allerede eksisterende kontrakter. Så Sharps Tadashi Sasaki siger, at han introducerede Noyce til Busicom-præsident Yoshio Kojima, og det var sådan, Intel fik kontrakten om at bygge chips til Busicoms regnemaskine.

Marcian Edward "Ted" Hoff, der havde tiltrådt Intel som medarbejder nr. 12 i 1968, fik tildelt at skabe produkter, der fik folk til at skifte fra ældre kernehukommelse til Intels nye hukommelseschips. I hans fortælling skulle Intels første brugerdefinerede projekt blive udført for et firma, det kendte som Electro Technical Industries, men som mest kaldte Busicom.

Ifølge Masatoshi Shima, daværende en ung ingeniør hos Busicom, men bestemt til at blive en vigtig del af designteamet, havde virksomheden planer om at bygge en generel række af chips ", der ville blive brugt til ikke kun en desktop-regnemaskine, men også en forretningsmaskine, såsom en faktureringsmaskine, kasseapparat og en fortællermaskine. " Men Busicom fortalte Intel ikke det på det tidspunkt, "fordi det var det fortrolige spørgsmål mellem Busicom og NCR Japan, " så Intel mente, at målet bare var at opbygge en mere kraftfuld lommeregner.

Den oprindelige kontrakt blev underskrevet i april 1969, og i slutningen af ​​juni ankom Shima og to andre Busicom-ingeniører til Intel. Den oprindelige plan havde Busicom-ingeniører, der designede en serie LSI-chips og Intel, der fremstiller chips ved hjælp af dens MOS (metaloxid-halvleder) -teknologi. Intel skulle modtage $ 100.000 for at oprette chipsættene og derefter $ 50 for hvert sæt, hvor Busicom forpligtede sig til mindst 60.000 enheder.

Shima siger, at hans team foreslog at fremstille ni slags LSI-chips, men af ​​de fleste konti blev dette snart et 12-chip-forslag, hvor nogle af chipsene krævede 3.000 til 5.000 transistorer hver - et enormt beløb i 1969, da standardberegneren havde seks chips, som hver havde 600 til 1.000 transistorer. Hoff kiggede på planerne og mente, at chipsene var for komplicerede at lave og "at vi ikke ville være i stand til at fremstille disse ting til prismålene."

Hoff kiggede på designet og havde en række koncepter, herunder at flytte fra decimal aritmetik til binær aritmetik, ved hjælp af en mere generel chip med et enkelt instruktions sæt.

Hoff mente, at Busicom-planen var for kompliceret og foreslog i stedet at oprette en generel logisk chip, med meget af instruktionerne i software, der er gemt på hukommelseschips. Som citeret i Leslie Berlins The Man Behind the Microchip (2006, Oxford University Press) gik Hoff til Intel CEO Noyce og forklarede sit koncept, der ville bestå af en mikroprocessor, to hukommelseschips og et skiftregister. ”Jeg tror, ​​vi kan gøre noget for at forenkle dette, ” sagde Hoff. ”Jeg ved, at dette kan gøres. Det kan gøres, at man efterligger en computer.” Selvom han ikke officielt havde fået til opgave at designe chips til maskinen, gav Noyce ham tilladelse til at fortsætte med at arbejde med konceptet.

Hoff arbejdede med koncepterne i løbet af sommeren, og sammen med ingeniør Stanley Mazor skabte Hoff en bloktegning af arkitekturen. Dette ville være en 4-bit binær logikchip (i modsætning til Busicoms decimaldesign) og ville gemme programmerne til at køre lommeregnerfunktionerne på en hukommelseschip, som var Intels specialitet på det tidspunkt.

Der er noget forskellige erindringer om, hvordan Shima og Busicom-teamet reagerede på konceptet. Ifølge Hoff, citeret i Michael S. Malones Intel Trinity (2014, HarperBusiness), "Så jeg fremsatte nogle forslag til de japanske ingeniører om at gøre noget i disse linjer [arkitekturen til generelle formål] - og de var ikke mindst interesserede. De sagde, at de anerkendte, at designet var for kompliceret, men de arbejdede på forenklingen, og de var ude på at tegne regnemaskiner og intet andet. De var simpelthen ikke interesserede."

Busicoms Masatoshi Shima, der kørte projektet fra Busicoms dø, husker det lidt anderledes. I en mundtlig historie sagde han, "Jeg følte, at Hoffs forslag var godt, men hvis vi accepterede Hoffs forslag som det var, var vi nødt til at gøre projektet igen fra begyndelsen." Shima noterede sig alle de detaljer, som Hoff endnu ikke havde.

I august sendte Noyce en note til Busicom-præsident Yoshia Kojima, der advarede ham om, at på grund af kompleksiteten i Busicoms design, var der "ingen mulighed for, at vi kunne fremstille disse enheder til $ 50 / kit selv for det enkleste kit" og antydende, at de faktiske omkostninger ville være omkring $ 300.

Dette blev efterfulgt af et formelt brev til Busicom og et møde mellem de to virksomheder i oktober, hvor Busicom besluttede at gå med Intels design. Men det tog indtil februar 1970, før den formelle kontrakt blev aftalt.

Faggins rolle

Busicom forventede, at Intel arbejdede med den nye plan og foreslog, at virksomheden skulle have et i det væsentlige afsluttet kredsløbsdiagram, da Shima, der var vendt tilbage til Japan, kom på besøg den 7. april 1970. Men Intel havde problemer med andre chips og gennem en nedtur i branchen og ikke havde gjort nogen fremskridt. Med andre ord, det havde konceptet for chipsene, herunder blokdiagrammer for, hvordan chipsene skulle have brug for at fungere, men ikke de faktiske design af chipsene: de tekniske detaljer om, hvordan transistorerne ville passe sammen og kunne fremstilles.

For at lede denne proces hyrede Intel Federico Faggin fra Fairchild Semiconductor. Som han beskriver det, tiltrådte han virksomheden den uge, og en af ​​hans første opgaver var at møde Shima og forklare, at Intel ikke havde chipsene klar. ”Jeg havde nu denne opgave, hvor jeg i det væsentlige er seks måneder sent dagen efter, at jeg startede, ” sagde han.

Som Faggin beskrev det i sin historie ved fødslen af ​​mikroprocessoren, "Jeg arbejdede rasende 12 til 16 timer om dagen. Først løste jeg de resterende arkitektoniske problemer, og derefter lagde jeg grundlaget for den designstil, som jeg ville bruge til Endelig begyndte jeg logik og kredsløb design og derefter opstillingen af ​​de fire chips. Jeg var nødt til at udvikle en ny metode til tilfældig-logisk design med silicium-gate teknologi; det var aldrig blevet gjort før."

Han arbejdede tæt med Shima, der var ny med MOS-design, men havde arbejdet på LSI-chips, og sammen skabte de de chips, der skulle blive MCS-4-familien. Modellen 4001 var en 2.048-bit ROM-hukommelseschip designet til at holde programmeringen. 4002 var en 320-bit RAM-hukommelseschip designet til at være en cache til data. 4003 var et 10-bit input-output register til at indføre dataene i hovedprocessoren og fjerne resultatet. Og til sidst var modellen 4004 en 4-bit centralbehandlingslogik-enhed.

I det hele taget var dette en herculean indsats, hvor Faggin og Shima udviklede chips langt hurtigere end normalt. De forskellige chips var alle i forskellige dele af processen på forskellige tidspunkter, og i slutningen af ​​december var de første versioner klar. Som sædvanligt krævede disse nogle finjusteringer, men i marts sendte Faggin den første fuldt operationelle 4004 til Shima, som på det tidspunkt var vendt tilbage til Japan. I sidste ende var 4004 en enkelt siliciumchip, der målte en ottendedel af en sjettedel af en tomme med 2.250 individuelle kredsløbselementer.

På Faggins konto sagde "Det tog lidt under et år at gå fra ideen til et fuldt fungerende produkt." Ifølge Shima, "Fra den generelle idé om Busicom, varede det [udviklingen] omkring to år og tre måneder. Og i april 1971 arbejdede endelig desktop-regnemaskinen offentligt. Jeg var så ophidset!"

Intel får rettigheder

I den oprindelige kontrakt for chippen havde Busicom de eksklusive rettigheder til 4004. Men i foråret 1971 faldt lommeregnermarkedet, og Busicom ville genforhandle kontrakten. Mens der var nogle bekymringer inden for Intel om markedets størrelse og det faktum, at Intel da var et hukommelsesfirma, ikke et procesfirma, pressede Faggin, Hoff og Mazor andre mennesker inden for virksomheden for at få tilbage rettighederne til at sælge chippen til andre kunder.

Som Hoff mindes om, "Ét af de argumenter, jeg fik fra marketingfolkene, var omkring det tidspunkt, jeg sagde: 'Du skulle have ret til at sælge det, ' sagde, 'Se, de sælger kun ca. 20.000 mini-computere over hvert år… Og vi er sent på markedet, og du ville være heldig at få 10 procent af det. Det er 2.000 chips om året. ' Og de sagde: 'Det er bare ikke værd at støtte til hovedet og alt for et marked på kun 2.000 chips.'"

Til sidst fik Noyce underskrevet aftalen, og Intel var lovligt i stand til at sælge chippen til andre virksomheder, undtagen Busicoms konkurrenter.

Men 4004 var aldrig at finde et stort publikum hos andre kunder, delvis på grund af dets begrænsninger - det var kun en fire-bit processor med en begrænset hukommelse. Mens Intel formelt annoncerede chippen i en udgave af Electronics News fra 15. november 1971 under overskriften "En ny æra i integreret elektronik", med kopi, der forkyndte det "en mikroprogrammerbar computer på en chip." Men branchen og Intel selv var ved at gå videre til nyere og bedre processorer.

8008 - Skift til 8-bit computing

Ikke længe efter at Busicom henvendte sig til Intel for at lave chips til sin lommeregner, Computer Terminals Corporation (CTC), senere kaldet Datapoint, bad Intel om et forslag til chips til en ny computerterminal - en skærm og et tastatur designet til at oprette forbindelse til en fjerncomputer. Igen foreslog Hoff og Mazor en mikroprocessor til at håndtere logikken.

Der var adskillige store forskelle mellem 4004 og 8008, selvom de ikke så langt fra hinanden. Til at begynde med var 8008 en 8-bit mikroprocessor, der gjorde det stort nok til at arbejde på 8 bit data - nok til en "byte" eller et tegn ad gangen. I modsætning til 4004, som krævede sin egen specielle hukommelseschips, var 1201 designet til at bruge standardhukommelse.

Projektet startede i december 1969 med et møde med Andrew Grove, hvor Datapoint bad om chips til en 8-bit computer. Ifølge Mazor fremsatte han tre forslag til Datapoint - to variationer på en 8-bit "registerstak" og "en hel 8-bit CPU på en chip." På dette tidspunkt havde Mazor og Hoff allerede arbejdet på Busicom-projektet, der skulle omfatte 4004.

På samme tid bad Datapoint tilsyneladende Texas Instruments om et lignende design. I nogle fortællinger bar Datapoint Hoff og Mazors skema ned til Dallas, hvor ideen begyndte at vokse til et udviklingsprogram i TIs halvlederlaboratorium.

Mazor siger, at han synes, det er meget sandsynligt, at TI oprindeligt foreslog et multi-chip-sæt, og at Datapoint derefter bragte Intel-forslaget til TI, så TI prøvede at bygge en chip til den specifikation. Men Mazor siger, at TI-chip ikke kunne have fungeret, fordi hans specifikation havde en "mangel."

Intel hyrede Hal Feeney i marts 1970 til at arbejde på det specifikke design af chip, dengang kendt som 1201, ligesom Faggin havde arbejdet på 4004; og faktisk hjalp hver på det andet projekt. Arbejdet med 1201 fortsatte indtil midten af ​​1970, men så var Intel bekymret for, om Datapoint rent faktisk ville bruge chippen, så arbejdet blev lagt på hiatus, mens Mazor og andre arbejdede mere på 4004.

Texas Instruments havde et chipdesign i marts 1971, hvilket ville have været et par måneder, før 4004 arbejdede, og annoncerede faktisk sin chip i juli 1971, flere måneder før 4004-meddelelsen. Men denne chip blev tilsyneladende aldrig sendt.

Men TI-meddelelsen ansporede Intel og især Grove til at fordoble sin indsats på 1201. I sidste ende brugte Datapoint hverken Intel- eller TI-chips. I stedet for, da Intel havde afsluttet designet, blev Datapoint 2200 introduceret ved hjælp af konventionelle TTL-chips.

Selvom Datapoint ikke var interesseret, begyndte Intel at se interesse fra andre virksomheder, såsom Seiko, der ville bygge en 8-bit videnskabelig lommeregner.

Omkring dette punkt begyndte Intel at tænke mere alvorligt på navngivning. Intels oprindelige navneprogram var baseret på de forskellige slags dele, den lavede, så hver chip i familien ville have haft forskellige numre. Faggin siger, at han kom med navngivningen til 4000-familien, fordi det var mere konsistent. Så efter 4004-introduktionen ændrede marketingafdelingen 1201 til 8008 for at afspejle, at den var en 8-bit-chip, og det var, hvad 8008 blev kaldt, da den blev introduceret i april 1972. 8008 førte til Intels store indsats inden for mikroprocessormarketing og førte til oprettelsen af ​​Microcomputer Systems Group og oprettelsen af ​​udviklingskort og systemer. Dette hjalp på sin side med til at anspore til oprettelsen af ​​et antal 8-bit enheder, herunder nogle af de maskiner, der var tidlige mikrocomputere.

Hvem fortjener kredit?

I årenes løb har der været mange debatter om 4004, dets placering som den første mikroprocessor, og den kredit, som hver af deltagerne fortjente.

Historien om integrerede kredsløb er en af ​​yderligere og yderligere integration, så ideen om, at du til sidst kunne sætte alle de funktioner, du ønsker, i en "CPU på en chip" var bestemt i luften i slutningen af ​​1960'erne.

Intel var ikke alene om at erkende behovet for en generel processor, da der var for mange kunder, der ønskede, at processorer skulle designe en brugerdefineret chip til hver af dem. Senere ville Hoff og Noyce skrive "Hvis dette fortsatte… antallet af nødvendige kredsløb ville spredes ud over antallet af kredsløbsdesignere. På samme tid ville den relative anvendelse af hvert kredsløb falde…. Øgede designomkostninger og formindsket brug ville forhindre producenter i at amortisering af omkostninger over en stor brugerpopulation og ville afskære fordelene ved læringskurven."

"Folk havde talt om en computer på en chip i årevis, " sagde Intel-grundlægger Gordon Moore, "men den var altid derude i fremtiden. Hvad Ted så, var, at med den kompleksitet, som vi allerede arbejdede med, kunne faktisk oprette et integreret kredsløb som det nu. Det var det virkelige konceptuelle gennembrud."

Og selv Ted Hoff har undertiden bagatelliseret vigtigheden af ​​konceptet. "Den egentlige opfindelse af mikroprocessoren var ikke så vigtig som simpelthen at forstå, at der var et marked for sådan noget."

Men der var andre udfordrere til titlen første mikroprocessor. Texas Instruments annoncerede faktisk en "CPU-på-en-chip" i april 1971, oprindeligt designet som en kontraktchip for Computer Terminal Corporation (senere Datapoint). Dette virkede tilsyneladende aldrig, og faktisk arbejdede Intel på en chip til CTC med den samme specifikation; dette blev kendt som 1201 og blev til sidst omdøbt til 8008. Måske mere vigtigt, i slutningen af ​​1971 producerede Texas Instruments Engineer Gary Boone og Michael Cochrane den første prototype af et integreret kredsløb, der indeholdt et input-output kredsløb, hukommelse og en central processor alt i én chip i modsætning til det fire-chip MCS-4 sæt. Kendt som TMS1000 blev denne brugt oprindeligt i en TI-regnemaskine og blev kommercielt tilgængelig i 1974. Boone modtog et patent på sin CPU i 1973, og senere modtog Boone og Cochran et patent på en computer på en chip.

Intels patentadvokat var skeptisk over for at fremsætte store krav og modsatte Hoffs ønske om at patentere arbejdet som en "computer", fordi det ville være så kompliceret, og fordi andre havde tanken om at sætte en computer på en chip. Ifølge Hoff sagde han, "at de ikke var det værd, og i det væsentlige nægtede han på det tidspunkt at skrive et patent." I stedet indgav de mere specifikke og mere begrænsede patenter. Intel modtog to patenter: Hoff, Mazor og Faggin modtog en på "hukommelsessystemet til en multi-chip digital computer", der dækker den eksterne busorganisation og hukommelsesadresseringsskemaet i Intel MCS-4-chipsættet, mens Faggin modtog en for et kredsløb, der kan nulstille CPU'en, når strømmen er tændt.

År senere skulle opfinderen Gilbert Hyatt fået patent på mikroprocessoren, som han indgav i 1970, baseret på en opfindelse, som han siger, at han gjorde i 1968 hos sit firma Microcomputer Inc. Men det ser ikke ud til at være fremstillet. I mellemtiden arbejdede Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase og RCA også på mikroprocessorlignende enheder. Stadig betragtes 4004 næsten universelt som den første mikroprocessor.

Blandt Intel-teamet var der også kontroverser om opdeling af kredit. De fleste observatører krediterer alle fire mænd, der er direkte involveret i oprettelsen af ​​chipsættet, men det er ikke altid sådan.

Faggin skulle forlade Intel i slutningen af ​​1974, kun måneder efter introduktionen af ​​8080, for at starte Zilog, tage med sig Shima og andre Intel-ingeniører, og i Faggins fortælling vred dette Intels Andy Grove. Malone citerer Faggin og siger: "Jeg kan huske, at han sagde til mig, 'Du vil aldrig lykkes, uanset hvad du skal gøre. Du vil ikke have noget at fortælle dine børn og børnebørn.' Implicit i disse ord var det, at jeg ikke ville have nogen arv i halvledere. At jeg aldrig ville få æren for det, jeg gjorde hos Intel. Det var som om han kastede en forbandelse over mig."

Uanset om det var så dramatisk, virker det som om Intel gav det meste af æren til Hoff, og det er fortsat i mange historier. For eksempel giver både TR Reid i The Chip (2001, Random House Trade Paperbacks) og Dirk Hansens The New Alchemists (1983, The Book Service Ltd) næsten en eneste ære for Hoff, ligesom Grove-biograf Richard Tedlow. Faktisk siger Malone, at Intel fra da af gav al æren for mikroprocessoren til Hoff og ingen til Faggin indtil 2009 med premieren af The Real Revolutionaries (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), en dokumentar om grundlæggelsen af ​​Silicon Valley.

Men der er andre historier, der peger på Faggins rolle (og Shima og Mazors, der endnu oftere overses), når de går tilbage til interviews, Hoff gav i 1980'erne. I 1993 krediterede en Intel-publikation, der fejrede selskabets 25-års jubilæum, Hoff for løsningen og gav ham et næsten helsides billede, men Faggin blev anerkendt for at forvandle "Hoffs vision til silicium-virkelighed." I 1996, da vi fejrede 25-årsdagen for mikroprocessoren ved en begivenhed på Comdex, hjalp Intel mig med at komme i kontakt med alle fire skabere, der modtog PC Magazine Lifetime Achievement-prisen.

Det ser ud til at være vigtigt at give alle fire mænd æren - Hoff for hans vision og de grundlæggende koncepter, Mazor for programmeringen og arbejdet med blokdiagrammerne, Shima for at skabe det logiske design og Faggin for at skabe det imponerende siliciumdesign til chipsene. Sammen skabte de den første generelle mikroprocessor, og dermed skabte de fundamentet ikke kun for det, der ville blive den personlige computerindustri, men også for et utalligt antal andre elektroniske enheder. Bogstaveligt talt sælges milliarder af mikroprocessorer hvert år - alt langt mere komplekse end den originale 4004 - og uden dem ville vores moderne elektroniske verden være umulig.