Fødselen til mikroprosessoren

Intel 4004 regnes som den første mikroprosessoren - med andre ord, den første generelle datamaskinen på en brikke - men etableringen av Intel kom ned til en kombinasjon av hardt arbeid, riktig timing og rett og slett flaks.

Historien om brikken begynner virkelig i 1969 da et japansk selskap kalt Nippon Calculating Machine Corporation (men kjent som Busicom, etter navnet på kalkulatorene), kontraktet med Intel for å bygge brikkene som trengs for en ny kalkulator. Busicom var et relativt lite kalkulatorfirma som mistet andelen i et raskt konsoliderende marked og hadde behov for en ny løsning. Og Intel var en oppstart, grunnlagt i 1968 med rundt 200 ansatte, hovedsakelig med fokus på å bygge minnebrikker.

Begge trengte noe nytt.

Intel-medgründer og daværende administrerende direktør Robert Noyce hadde besøkt Japan rundt slutten av 1968 på jakt etter kunder. Noyce hadde et møte med Sharp, den gang en av lederne innen kalkulatorer, men Sharp hadde allerede eksisterende kontrakter. Så Sharps Tadashi Sasaki sier at han introduserte Noyce for Busicom-president Yoshio Kojima, og det er slik Intel fikk kontrakten om å bygge brikkene for Busicoms kalkulator.

Marcian Edward "Ted" Hoff, som hadde sluttet seg til Intel som ansatt nr. 12 i 1968, fikk tildelt å lage produkter som ville få folk til å bytte fra eldre kjerneminne til Intels nye minnebrikker. Etter hans fortelling skulle Intels første tilpassede prosjekt gjøres for et selskap det kjente som Electro Technical Industries, men som de fleste het Busicom.

I følge Masatoshi Shima, den gang en ung ingeniør hos Busicom, men som var bestemt til å bli en viktig del av designteamet, hadde selskapet planer om å bygge en serie med generelle sjetonger "som ville brukes til ikke bare en stasjonær kalkulator, men også en forretningsmaskin, for eksempel en faktureringsmaskin, kassaapparat og en tellermaskin. " Men Busicom fortalte ikke Intel dette den gangen, "fordi det var den konfidensielle saken mellom Busicom og NCR Japan, " så Intel mente at målet bare var å bygge en kraftigere kalkulator.

Den opprinnelige kontrakten ble signert i april 1969, og i slutten av juni ankom Shima og to andre Busicom-ingeniører Intel. Den opprinnelige planen hadde Busicom-ingeniører som utformet en serie LSI-brikker og Intel som laget brikkene ved å bruke sin MOS-teknologi (metalloksid-halvleder). Intel skulle motta $ 100 000 for å lage brikkesettene og deretter $ 50 for hvert sett laget, med Busicom forpliktet til minst 60 000 enheter.

Shima sier at teamet hans foreslo å lage ni typer LSI-brikker, men etter de fleste kontoer ble dette snart et forslag til 12 brikker, med noen av brikkene som krever 3000 til 5000 transistorer hver - et enormt beløp for 1969 da standardkalkulatoren hadde seks brikker, som hver hadde 600 til 1 000 transistorer. Hoff så på planene og syntes brikkene var for kompliserte å lage og "at vi ikke ville være i stand til å produsere disse tingene til prismålene."

Hoff så på designet og hadde en rekke konsepter, inkludert å flytte fra desimal aritmetikk til binær aritmetikk, ved å bruke en mer generell brikke med et enkelt instruksjonssett.

Hoff mente at Busicom-planen var altfor komplisert og foreslo i stedet å lage en generell logisk brikke, med mye av instruksjonene i programvare som er lagret på minnebrikker. Som sitert i Leslie Berlins The Man Behind the Microchip (2006, Oxford University Press), gikk Hoff til Intel CEO Noyce og forklarte konseptet sitt, som vil bestå av en mikroprosessor, to minnebrikker og et skiftregister. "Jeg tror vi kan gjøre noe for å forenkle dette, " sa Hoff. "Jeg vet at dette kan gjøres. Det kan gjøres for å etterligne en datamaskin." Selv om han ikke offisielt hadde fått i oppgaven å designe brikkene for maskinen, ga Noyce ham tillatelse til å fortsette å jobbe med konseptet.

Hoff jobbet med konseptene gjennom sommeren, og med ingeniør Stanley Mazor skapte Hoff en blokktegning av arkitekturen. Dette ville være en 4-biters binær logikkbrikke (i motsetning til Busicoms desimaldesign) og vil lagre programmene for å kjøre kalkulatorfunksjonene på en minnebrikke, som var Intels spesialitet den gangen.

Det er noe forskjellige erindringer om hvordan Shima og Busicom-teamet reagerte på konseptet. I følge Hoff, sitert i Michael S. Malones Intel Trinity (2014, HarperBusiness), "så jeg kom med noen forslag til de japanske ingeniørene om å gjøre noe i tråd med denne generelle arkitekturen] - og de var ikke minst interesserte. De sa at de anerkjente designet var for komplisert, men de jobbet med forenklingen, og de var ute etter å lage kalkulatorer og ingenting annet. De var rett og slett ikke interessert."

Busicoms Masatoshi Shima, som drev prosjektet fra Busicoms dø, husker det litt annerledes. I en muntlig historie sa han, "Jeg følte at Hoffs forslag var bra, men hvis vi godtok Hoff sitt forslag som det var, måtte vi gjøre prosjektet på nytt fra begynnelsen." Shima noterte alle detaljene som Hoff ennå ikke hadde.

I august sendte Noyce et notat til Busicom-president Yoshia Kojima som advarte ham om at på grunn av kompleksiteten i Busicoms design, var det "ingen mulighet for at vi kunne produsere disse enhetene for $ 50 / kit selv for det enkleste settet" og antydet at de faktiske kostnadene ville være rundt $ 300.

Dette ble fulgt av et formelt brev til Busicom og et møte mellom de to selskapene i oktober, der Busicom bestemte seg for å gå med Intels design. Men det ville ta til februar 1970 før den formelle kontrakten ble avtalt.

Faggins rolle

Busicom ventet at Intel jobbet med den nye planen og foreslo at selskapet skulle ha et vesentlig fullført kretsdiagram da Shima, som hadde kommet tilbake til Japan, kom på besøk 7. april 1970. Men Intel hadde problemer med andre sjetonger og gjennomgått en nedtur i bransjen og hadde ikke gjort noen fremgang. Med andre ord, det hadde konseptet for brikkene, inkludert blokkdiagrammer om hvordan brikkene ville trenge å fungere, men ikke den faktiske utformingen av brikkene: de tekniske detaljene om hvordan transistorene ville passe sammen og kunne produseres.

For å lede den prosessen ansatt Intel Federico Faggin fra Fairchild Semiconductor. Slik han beskriver det, begynte han i selskapet den uken, og en av hans første oppgaver var å møte Shima og forklare at Intel ikke hadde brikkene klare. "Jeg hadde denne oppgaven hvor jeg egentlig er seks måneder sent dagen etter at jeg begynte, " sa han.

Som Faggin beskrev det i sin historie på fødselen av mikroprosessoren, "jeg jobbet rasende, 12 til 16 timer om dagen. Først løste jeg de gjenværende arkitektoniske problemene, og deretter la jeg grunnlaget for designstilen som jeg ville bruke til Til slutt startet jeg logikk og kretsdesign og deretter utformingen av de fire brikkene. Jeg måtte utvikle en ny metodikk for tilfeldig-logisk design med silisium-gate-teknologi; det hadde aldri blitt gjort før."

Han jobbet tett med Shima, som var ny innen MOS-design, men hadde jobbet på LSI-brikker, og sammen skapte de sjetongene som skulle bli MCS-4-familien. Modellen 4001 var en 2.048-bit ROM-minnebrikke designet for å holde programmeringen. 4002 var en 320-bit RAM-minnebrikke designet for å være en cache for data. 4003 var et 10-bits input-output register for å mate dataene inn i hovedprosessoren og fjerne resultatet. Og til slutt, modellen 4004 var en 4-bits sentral prosesseringslogikk.

I det hele tatt var dette en herculean innsats, hvor Faggin og Shima utviklet chips langt raskere enn det som var normalt. De forskjellige sjetongene var alle i forskjellige deler av prosessen til forskjellige tider, og i slutten av desember var de første versjonene klare. Som vanlig krevde disse noen finjusteringer, men innen mars sendte Faggin den første fullt operative 4004 til Shima, som da hadde kommet tilbake til Japan. Til slutt var 4004 en enkelt silisiumbrikke som målte en åttende av en sjettedel av en tomme med 2.250 individuelle kretselementer.

I Faggins konto: "Det tok litt under ett år å gå fra ideen til et fullt fungerende produkt." I følge Shima, "Fra den generelle ideen om Busicom, varte den [utviklingen] omtrent to år og tre måneder. Og i april 1971 jobbet endelig desktop-kalkulatoren offentlig. Jeg var så spent!"

Intel får rettigheter

I den opprinnelige kontrakten for brikken hadde Busicom eksklusive rettigheter til 4004. Men våren 1971 falt kalkulatormarkedet, og Busicom ønsket å reforhandle kontrakten. Mens det var noen bekymringer i Intel om størrelsen på markedet og det faktum at Intel da var et minneselskap, ikke et prosessfirma, presset Faggin, Hoff og Mazor andre mennesker i selskapet for å få tilbake rettighetene til å selge brikken til andre kunder.

Som Hoff husker: "Et av argumentene jeg fikk fra markedsføringsfolkene var om tiden jeg sa: 'Du burde få rett til å selge det, ' sa, 'Se, de selger bare rundt 20.000 minidatamaskiner i løpet av hvert år… Og vi er sent ute til markedet, og du vil være heldig å få 10 prosent av det. Det er 2000 chips per år. ' Og de sa: 'Det er bare ikke verdt hodepine av støtte og alt for et marked på bare 2000 chips.'"

Etter hvert fikk Noyce avtalen signert, og Intel kunne lovlig selge brikken til andre selskaper, unntatt Busicoms konkurrenter.

Men 4004 var aldri å finne et stort publikum med andre kunder, delvis på grunn av begrensningene - det var bare en firbits prosessor med et begrenset minne. Mens Intel formelt kunngjorde brikken i en i 15. november 1971-utgaven av Electronics News under overskriften "A New Era in Integrated Electronics", med kopi som forkynte den "en mikroprogrammerbar datamaskin på en brikke." Men industrien og Intel var i ferd med å gå videre til nyere og bedre prosessorer.

8008 - Flytter til 8-biters databehandling

Ikke lenge etter at Busicom henvendte seg til Intel for å lage brikker for kalkulatoren sin, Computer Terminals Corporation (CTC), senere kalt Datapoint, ba Intel om et forslag til brikker for en ny dataterminal - en skjerm og et tastatur designet for å koble til en ekstern datamaskin. Igjen foreslo Hoff og Mazor en mikroprosessor for å håndtere logikken.

Det var flere store forskjeller mellom 4004 og 8008, selv om de ikke så ut fra hverandre. Til å begynne med var 8008 en 8-biters mikroprosessor, som gjorde den stor nok til å jobbe med 8 biter data - nok for en "byte" eller ett tegn om gangen. I motsetning til 4004, som krevde egne spesielle minnebrikker, ble 1201 designet for å bruke standardminne.

Prosjektet startet i desember 1969 med et møte med Andrew Grove der Datapoint ba om brikker for en 8-bits datamaskin. I følge Mazor kom han med tre forslag til Datapoint - to varianter på en 8-bits "registerstabel" og "en hel 8-bits CPU på en brikke." På dette tidspunktet hadde Mazor og Hoff allerede jobbet med Busicom-prosjektet som skulle inkludere 4004.

Omtrent på samme tid ba Datapoint tilsynelatende Texas Instruments om et lignende design. I noen fortellinger fraktet Datapoint Hoff og Mazors skjema til Dallas hvor ideen begynte å vokse til et utviklingsprogram i TIs halvlederlaboratorium.

Mazor sier at han tror det er veldig sannsynlig at TI opprinnelig foreslo et multispis-sett og at Datapoint brakte Intel-forslaget til TI, så TI prøvde å bygge en brikke etter den spesifikasjonen. Men Mazor sier at TI-brikken ikke kunne ha fungert fordi spesifikasjonen hans hadde en "mangel."

Intel hyret inn Hal Feeney i mars 1970 for å jobbe med den spesifikke utformingen av brikken, den gang kjent som 1201, omtrent som Faggin hadde arbeidet med 4004; og faktisk hjalp hver på det andre prosjektet. Arbeidet med 1201 fortsatte fram til midten av 1970, men da var Intel bekymret for om Datapoint faktisk ville bruke brikken, så arbeid ble lagt på hiatus, mens Mazor og andre jobbet mer med 4004.

Texas Instruments hadde en chipdesign i mars 1971, noe som ville ha gått et par måneder før 4004 virket, og annonserte faktisk brikken sin i juli 1971, flere måneder før 4004 kunngjøringen. Men denne brikken ble tilsynelatende aldri sendt.

Men TI-kunngjøringen anspurte Intel, og spesielt Grove, til å doble innsatsen på 1201. Til slutt brukte Datapoint verken Intel- eller TI-brikkene. I stedet, da Intel hadde fullført designen, ble Datapoint 2200 introdusert ved bruk av konvensjonelle TTL-brikker.

Selv om Datapoint ikke var interessert, begynte Intel å se interesse fra andre selskaper, for eksempel Seiko, som ønsket å bygge en 8-bits vitenskapelig kalkulator.

Rundt dette punktet begynte Intel å tenke mer alvorlig på navngiving. Intels opprinnelige navneplan var basert på forskjellige typer deler den opprettet, slik at hver brikke i familien ville hatt forskjellige tall. Faggin sier at han kom med navngavingen til 4000-familien fordi det var mer konsistent. Så etter 4004-introduksjonen endret markedsavdelingen 1201 til 8008 for å gjenspeile at den var en 8-bits chip, og det er hva 8008 ble kalt da den ble introdusert i april 1972. 8008 førte til Intels store innsats for mikroprosessormarkedsføring og førte til opprettelsen av Microcomputer Systems Group og opprettelsen av utviklingskort og systemer. Dette på sin side bidro absolutt til å stimulere til opprettelsen av et antall 8-bits enheter, inkludert noen av maskinene som var tidlige mikrodatamaskiner.

Hvem fortjener æren?

Gjennom årene har det vært mange debatter om 4004, stedet for den første mikroprosessoren, og æren som hver av deltakerne fortjente.

Historien til integrerte kretsløp er en av videre og ytterligere integrering, så ideen om at du til slutt kunne legge alle funksjonene du vil ha i en "CPU på en chip" var absolutt i luften på slutten av 1960-tallet.

Intel var ikke alene om å gjenkjenne behovet for en prosessor med generelt formål, ettersom det var for mange kunder som ønsket at prosessorer skulle utforme en tilpasset brikke for hver av dem. Senere ville Hoff og Noyce skrive "Hvis dette fortsatte… antallet kretsløp som trengs, ville spredd seg utover antall kretsutviklere. Samtidig ville den relative bruken av hver krets falle… Økte designkostnader og redusert bruk ville hindre produsenter i å amortisering av kostnader over en stor brukerpopulasjon og vil kutte av fordelene med læringskurven."

"Folk hadde snakket om en datamaskin på en brikke i mange år, " sa Intel-grunnlegger Gordon Moore, "men den var alltid der ute i fremtiden. Det Ted så, var at med den kompleksiteten vi allerede jobbet med, kunne faktisk lage en integrert krets slik som nå. Det var det virkelige konseptuelle gjennombruddet."

Og til og med Ted Hoff har noen ganger bagatellisert viktigheten av konseptet. "Selve oppfinnelsen av mikroprosessoren var ikke så viktig som bare å forstå at det var et marked for noe slikt."

Men det var andre utfordrere for tittelen første mikroprosessor. Texas Instruments kunngjorde faktisk en "CPU-på-en-brikke" i april 1971, opprinnelig designet som en kontraktsbrikke for Computer Terminal Corporation (senere Datapoint). Dette virket tilsynelatende aldri, og faktisk jobbet Intel på en chip for CTC med samme spesifikasjon; dette ble kjent som 1201 og vil til slutt bli omdøpt til 8008. Kanskje enda viktigere, av slutten av 1971, Texas Instruments Engineer Gary Boone og Michael Cochrane produserte den første prototypen av en integrert krets som inkluderte en inngang-utgangskrets, minne og en sentral prosessor alt i en brikke, i motsetning til det fire-brikkes MCS-4-settet. Dette ble kjent som TMS1000, og ble først brukt i en TI-kalkulator og ble kommersielt tilgjengelig i 1974. Boone fikk patent på sin CPU i 1973, og senere fikk Boone og Cochran patent på en datamaskin på en brikke.

Intels patentadvokat var skeptisk til å komme med store krav og motsto Hoffs ønske om å patentere arbeidet som en "datamaskin" fordi det ville være så komplisert og fordi andre hadde konseptet med å sette en datamaskin på en chip. I følge Hoff, "sa han at de ikke var verdt det, og at han i det vesentlige nektet å skrive patent." I stedet arkiverte de mer spesifikke og mer begrensede patenter. Intel fikk to patenter: Hoff, Mazor og Faggin mottok ett på "Memory System for a Multi-Chip Digital Computer", som dekker den eksterne bussorganisasjonen og minneadresseringsskjemaet til Intel MCS-4-brikkesettet, mens Faggin fikk en for en krets som kan tilbakestille CPU-en når strømmen er slått på.

Flere år senere ville oppfinneren Gilbert Hyatt få patent på mikroprosessoren, som han inngav i 1970, basert på en oppfinnelse han sier at han gjorde i 1968 hos selskapet Microcomputer Inc., men dette ser ikke ut til å være produsert. I mellomtiden jobbet også Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase og RCA på mikroprosessorlignende enheter. Likevel er 4004 nesten universelt ansett som den første mikroprosessoren.

Blant Intel-teamet var det også kontroverser om å dele opp æren. De fleste observatører krediterer alle de fire mennene som er direkte involvert i å lage brikkesettet, men det er ikke alltid slik.

Faggin skulle forlate Intel i slutten av 1974, bare måneder etter introduksjonen av 8080, for å starte Zilog, og tok med seg Shima og andre Intel-ingeniører, og etter Faggins fortelling vred dette Intels Andy Grove. Malone siterer Faggin og sier "Jeg husker at han sa meg: 'Du vil aldri lykkes, uansett hva du skal gjøre. Du vil ikke ha noe å fortelle barna og barnebarna dine.' Implisitt i disse ordene var at jeg ikke ville ha noen arv i halvledere. At jeg aldri ville bli gitt æren for det jeg gjorde hos Intel. Det var som om han kastet en forbannelse over meg."

Hvorvidt det var så dramatisk eller ikke, det virker som Intel ga mesteparten av æren til Hoff, og det har fortsatt i mange historier. For eksempel gir både TR Reid i The Chip (2001, Random House Trade Paperbacks) og Dirk Hansens The New Alchemists (1983, The Book Service Ltd) nesten æren til Hoff, og Grove-biograf Richard Tedlow gjør. Faktisk sier Malone at fra da av ga Intel all æren for mikroprosessoren til Hoff og ingen til Faggin før i 2009 med premieren av The Real Revolutionaries (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), en dokumentar om grunnleggelsen av Silicon Valley.

Men det er andre historier som peker på Faggins rolle (og de fra Shima og Mazor, som enda oftere blir oversett), ved å gå tilbake til intervjuer Hoff ga på 1980-tallet. I 1993 krediterte en Intel-publikasjon som feiret selskapets 25-årsjubileum Hoff for løsningen og ga ham et nesten helhetsbilde, men Faggin ble anerkjent for å gjøre "Hoffs visjon til silisiumvirkelighet." I 1996, da vi feiret 25-årsjubileet for mikroprosessoren på et arrangement på Comdex, hjalp Intel meg med å komme i kontakt med alle fire skaperne, som mottok PC Magazine Lifetime Achievement-prisen.

Det virker som om det er viktig å kreditere alle fire mennene - Hoff for sin visjon og de grunnleggende konseptene, Mazor for programmeringen og arbeidet med blokkskjemaene, Shima for å lage den logiske designen, og Faggin for å lage den imponerende silisiumdesignen til sjetongene. Sammen skapte de den første generelle mikroprocessoren, og på den måten skapte de grunnlaget ikke bare for det som skulle bli den personlige datamaskinindustrien, men også for et utallig antall andre elektroniske enheter. Bokstavelig talt selges milliarder av mikroprosessorer hvert år - alt langt mer sammensatt enn originalen 4004 - og uten dem ville vår moderne elektroniske verden være umulig.